Синхрофазотрон - что это: определение, принцип действия, применение. Пирамида ядерного века.История создания дубненского синхрофазотрона Самый мощный синхрофазотрон

Вот это неуловимо знакомое на слух слово «синхрофазотрон» ! Напомните мне, как оно попало в уши простого обывателя в советском союзе? Какой то фильмы был или песня популярная, что то было, я точно помню! Либо же просто это был аналог труднопроизносимого слова?

А теперь давайте все таки вспомним что это такое и как создавалось …

В 1957 году Советский Союз осуществил революционный научный прорыв сразу в двух направлениях: в октябре был запущен первый искусственный спутник Земли, а за несколько месяцев до этого, в марте, в Дубне начал работать легендарный синхрофазотрон - гигантская установка для исследования микромира. Эти два события потрясли весь мир, и слова «спутник» и «синхрофазотрон» прочно вошли в нашу жизнь.

Синхрофазотрон представляет собой один из видов ускорителей заряженных частиц. Частицы в них разгоняют до больших скоростей и, следовательно, до высоких энергий. По результату их соударений с другими атомными частицами судят о строении и свойствах материи. Вероятность соударений определяется интенсивностью ускоренного пучка частиц, то есть количеством частиц в нем, поэтому интенсивность наряду с энергией - важный параметр ускорителя.

Ускорители достигают огромных размеров, и неслучайно писатель Владимир Карцев назвал их пирамидами ядерного века, по которым потомки будут судить об уровне нашей техники.

До постройки ускорителей единственным источником частиц высоких энергий были космические лучи. В основном это протоны с энергией порядка нескольких ГэВ, свободно приходящие из космоса, и вторичные частицы, возникающие при их взаимодействии с атмосферой. Но поток космических лучей хаотичен и имеет малую интенсивность, поэтому со временем для лабораторных исследований стали создавать специальные установки - ускорители с контролируемыми пучками частиц высокой энергии и большей интенсивности.

В основе работы всех ускорителей лежит хорошо известный факт: заряженную частицу разгоняет электрическое поле. Однако получить частицы очень большой энергии, ускоряя их лишь один раз между двумя электродами, нельзя, так как для этого пришлось бы приложить к ним огромное напряжение, что технически невозможно. Поэтому частицы больших энергий получают, многократно пропуская их между электродами.

Ускорители, в которых частица проходит через последовательно расположенные ускоряющие промежутки, называются линейными. С них началось развитие ускорителей, но требование к увеличению энергии частиц вело к практически нереально большим длинам установок.

В 1929 году американский ученый Э. Лоуренс предложил конструкцию ускорителя, в котором частица движется по спирали, проходя многократно один и тот же промежуток между двумя электродами. Траекторию частицы искривляет и закручивает однородное магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости орбиты. Ускоритель был назван циклотроном. В 1930-1931 годах Лоуренс с сотрудниками соорудил в Калифорнийском университете (США) первый циклотрон. За это изобретение он в 1939 году был удостоен Нобелевской премии.

В циклотроне однородное магнитное поле создает большой электромагнит, а электрическое поле возникает между двумя полыми электродами D-образной формы (отсюда их название - «дуанты»). К электродам приложено переменное напряжение, которое меняет полярность всякий раз, когда частица делает пол-оборота. Благодаря этому электрическое поле всегда ускоряет частицы. Эту идею нельзя было бы осуществить, если бы частицы с разными энергиями имели разные периоды обращения. Но, к счастью, хотя скорость с ростом энергии растет, период обращения остается постоянным, поскольку диаметр траектории увеличивается в том же отношении. Именно это свойство циклотрона и позволяет использовать для ускорения постоянную частоту электрического поля.

Вскоре циклотроны начали создавать в других исследовательских лабораториях.

Здание синхрофазотрона в 1950-е годы

О необходимости создания в Советском Союзе серьезной ускорительной базы было заявлено на правительственном уровне в марте 1938 года. Группа исследователей Ленинградского физико-технического института (ЛФТИ) во главе с академиком А.Ф. Иоффе обратилась к председателю СНК СССР В.М. Молотову с письмом, в котором предлагалось создать техническую базу для исследований в области строения атомного ядра. Вопросы строения атомного ядра стали одной из центральных проблем естествознания, а Советский Союз в их решении значительно отставал. Так, если в Америке имелось по крайней мере пять циклотронов, то в Советском Союзе не было ни одного (единственный циклотрон Радиевого института АН (РИАН), пущенный в 1937 году, из-за дефектов проектирования практически не работал). Обращение к Молотову содержало просьбу создать условия для окончания к 1 января 1939 года постройки циклотрона ЛФТИ. Работу по его созданию, начатую в 1937 году, приостановили из-за ведомственных неувязок и прекращения финансирования.

Действительно, в момент написания письма в правительственных кругах страны было явное недопонимание актуальности исследований в области атомной физики. По воспоминаниям М.Г. Мещерякова, в 1938 году даже встал вопрос о ликвидации Радиевого института, который, по чьему-то мнению, занимался никому не нужными исследованиями урана и тория, в то время как страна стремилась увеличить добычу угля и выплавку стали.

Письмо к Молотову возымело действие, и уже в июне 1938 года комиссия от Академии наук СССР, которую возглавил П.Л. Капица, по запросу правительства дала заключение о необходимости строить циклотрон ЛФТИ на 10–20 МэВ, в зависимости от типа ускоряемых частиц, и совершенствовать циклотрон РИАНа.

В ноябре 1938 года С.И. Вавилов в обращении в президиум АН предложил строить циклотрон ЛФТИ в Москве и перевести в состав Физического института АН (ФИАН) из ЛФТИ лабораторию И.В. Курчатова, которая занималась его созданием. Сергей Иванович хотел, чтобы центральная лаборатория по изучению атомного ядра располагалась там же, где находилась Академия наук, то есть в Москве. Однако его не поддержали в ЛФТИ. Споры закончились в конце 1939 года, когда А.Ф. Иоффе предложил создать сразу три циклотрона. 30 июля 1940 года на заседании президиума АН СССР было решено поручить РИАНу в текущем году дооборудовать действующий циклотрон, ФИАНу - к 15 октября подготовить необходимые материалы по строительству нового мощного циклотрона, а ЛФТИ - окончить строительство циклотрона в первом квартале 1941 года.

В связи с этим решением в ФИАНе создали так называемую циклотронную бригаду, в которую вошли Владимир Иосифович Векслер, Сергей Николаевич Вернов, Павел Алексеевич Черенков, Леонид Васильевич Грошев и Евгений Львович Фейнберг. 26 сентября 1940 года бюро Отделения физико-математических наук (ОФМН) заслушало информацию В.И. Векслера о проектном задании на циклотрон, одобрило его основные характеристики и смету на строительство. Циклотрон был рассчитан на ускорение дейтронов до энергии 50 МэВ. ФИАН планировал начать его строительство в 1941 году и пустить в 1943-м. Намеченные планы нарушила война.

Острая необходимость в создании атомной бомбы заставила Советский Союз мобилизовать усилия в исследовании микромира. Один за другим построили два циклотрона в Лаборатории № 2 в Москве (1944, 1946 годы); в Ленинграде после снятия блокады восстановили циклотроны РИАН и ЛФТИ (1946 год).

Проект фиановского циклотрона хотя и был утвержден перед войной, но стало ясно, что конструкция Лоуренса исчерпала себя, так как энергия ускоренных протонов не могла превысить 20 МэВ. Именно с этой энергии начинает сказываться эффект увеличения массы частицы при скоростях, соизмеримых со скоростью света, который следует из теории относительности Эйнштейна

Вследствие роста массы нарушается резонанс между прохождением частицы через ускоряющий промежуток и соответствующей фазой электрического поля, что влечет за собой торможение.

Следует заметить, что циклотрон предназначен для ускорения только тяжелых частиц (протонов, ионов). Это связано с тем, что из-за слишком малой массы покоя электрон уже при энергиях 1–3 МэВ достигает скорости, близкой к скорости света, вследствие чего его масса заметно возрастает и частица быстро выходит из резонанса.

Первым циклическим ускорителем электронов стал бетатрон, построенный Керстом в 1940 году по идее Видероэ. В основе бетатрона лежит закон Фарадея, согласно которому при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в этом контуре возникает электродвижущая сила. В бетатроне замкнутым контуром служит поток частиц, движущихся по кольцевой орбите в вакуумной камере постоянного радиуса в постепенно нарастающем магнитном поле. Когда магнитный поток внутри орбиты возрастает, возникает электродвижущая сила, тангенциальная составляющая которой ускоряет электроны. В бетатроне, подобно циклотрону, существует ограничение для получения частиц очень высокой энергии. Это связано с тем, что, согласно законам электродинамики, движущиеся по круговым орбитам электроны излучают электромагнитные волны, которые при релятивистских скоростях уносят очень много энергии. Для компенсации этих потерь требуется значительно увеличивать размер сердечника магнита, что имеет практический предел.

Таким образом, к началу 1940-х годов возможности получения более высокой энергии как протонов, так и электронов были исчерпаны. Для дальнейших же исследований микромира требовалось увеличить энергию ускоренных частиц, поэтому остро встала задача поиска новых методов ускорения.

В феврале 1944 года В.И. Векслер выдвинул революционную идею, как преодолеть энергетический барьер циклотрона и бетатрона. Она была настолько проста, что казалось странным, почему к ней не пришли раньше. Идея состояла в том, что при резонансном ускорении частоты обращения частиц и ускоряющего поля должны постоянно совпадать, иными словами, быть синхронными. При ускорении тяжелых релятивистских частиц в циклотроне для синхронизации предлагалось изменять частоту ускоряющего электрического поля по определенному закону (в дальнейшем такой ускоритель получил название синхроциклотрона).

Для ускорения релятивистских электронов был предложен ускоритель, получивший в дальнейшем название синхротрона. В нем ускорение осуществляется переменным электрическим полем постоянной частоты, а синхронизм обеспечивается изменяющимся по определенному закону магнитным полем, которое удерживает частицы на орбите постоянного радиуса.

Для практических целей требовалось теоретически удостовериться, что предложенные процессы ускорения устойчивы, то есть при незначительных отклонениях от резонанса фазировка частиц осуществится автоматически. Физик-теоретик циклотронной бригады Е.Л. Фейнберг обратил на это внимание Векслера и сам же строго математически доказал устойчивость процессов. Именно поэтому идея Векслера получила название «принцип автофазировки».

Для обсуждения полученного решения в ФИАНе провели семинар, на котором Векслер сделал вводный доклад, а Фейнберг - доклад об устойчивости. Работу одобрили, и в том же 1944 году журнал «Доклады Академии наук СССР» опубликовал две статьи, в которых рассматривались новые способы ускорения (в первой статье речь шла об ускорителе на основе кратных частот, впоследствии названном микротроном). Их автором значился только Векслер, а имя Фейнберга вообще не упоминалось. Очень скоро роль Фейнберга в открытии принципа автофазировки была незаслуженно предана полному забвению.

Спустя год принцип автофазировки независимо открыл американский физик Э. МакМиллан, однако приоритет сохранился за Векслером.

Следует заметить, что в ускорителях, основанных на новом принципе, в явном виде проявилось «правило рычага» - выигрыш в энергии повлек проигрыш в интенсивности пучка ускоренных частиц, что связано с цикличностью их ускорения в отличие от плавного ускорения в циклотронах и бетатронах. На этот неприятный момент сразу указали на сессии Отделения физико-математических наук 20 февраля 1945 года, однако тогда же все единодушно пришли к выводу, что данное обстоятельство ни в коем случае не должно препятствовать реализации проекта. Хотя, к слову сказать, борьба за интенсивность впоследствии постоянно досаждала «ускорительщикам».

На той же сессии по предложению президента Академии наук СССР С.И. Вавилова было принято решение незамедлительно строить ускорители двух типов, предложенные Векслером. 19 февраля 1946 года Специальный комитет при Совнаркоме СССР поручил соответствующей комиссии разработать их проекты с указанием мощности, сроков изготовления и места строительства. (От создания циклотрона в ФИАНе отказались.)

В результате 13 августа 1946 года одновременно вышло два постановления Совета министров СССР, подписанные председателем Совета министров СССР И.В. Сталиным и управляющим делами Совета министров СССР Я.Е. Чадаевым, по созданию синхроциклотрона на энергию дейтронов 250 МэВ и синхротрона на энергию 1 ГэВ. Энергия ускорителей диктовалась в первую очередь политическим противостоянием США и СССР. В США уже создали синхроциклотрон на энергию дейтронов порядка 190 МэВ и начали строить синхротрон на энергию 250–300 МэВ. Отечественные ускорители по энергии должны были превосходить американские.

С синхроциклотроном связывали надежды на открытие новых элементов, новых способов получения атомной энергии из более дешевых, чем уран, источников. С помощью синхротрона намеревались искусственным путем получать мезоны, которые, как предполагали советские физики в то время, способны вызывать расщепление ядер.

Оба постановления вышли с грифом «Совершенно секретно (особая папка)», так как строительство ускорителей шло в рамках проекта создания атомной бомбы. С их помощью рассчитывали получить точную теорию ядерных сил, необходимую для расчетов бомбы, которые в то время производили лишь с помощью большого набора приближенных моделей. Правда, всё оказалось не так просто, как думалось поначалу, и следует заметить, что такая теория не создана и до сих пор.

Постановления определили места строительства ускорителей: синхротрона - в Москве, на Калужском шоссе (ныне Ленинский проспект), на территории ФИАНа; синхроциклотрона - в районе Иваньковской ГЭС, в 125 километрах к северу от Москвы (в то время Калининская область). Первоначально создание обоих ускорителей поручили ФИАНу. Руководителем работ по синхротрону был назначен В.И. Векслер, а по синхроциклотрону - Д.В. Скобельцын.

Слева - доктор технических наук профессор Л.П. Зиновьев (1912–1998), справа - академик АН СССР В.И. Векслер (1907–1966) в период создания синхрофазотрона

Через полгода руководитель атомного проекта И.В. Курчатов, недовольный ходом работ по фиановскому синхроциклотрону, перевел эту тему в свою Лабораторию № 2. Новым руководителем темы он назначил М.Г. Мещерякова, освободив от работы в ленинградском Радиевом институте. Под руководством Мещерякова в Лаборатории № 2 создали модель синхроциклотрона, которая уже экспериментально подтвердила правильность принципа автофазировки. В 1947 году началось строительство ускорителя в Калининской области.

14 декабря 1949 года под руководством М.Г. Мещерякова синхроциклотрон был успешно пущен в намеченный срок и стал первым в Советском Союзе ускорителем такого типа, перекрыв энергию созданного в 1946 году аналогичного ускорителя в Беркли (США). Он оставался рекордным вплоть до 1953 года.

Первоначально лаборатория, основанная на базе синхроциклотрона, в целях секретности называлась Гидротехнической лабораторией АН СССР (ГТЛ) и была филиалом Лаборатории № 2. В 1953 году ее преобразовали в самостоятельный Институт ядерных проблем АН СССР (ИЯП), который возглавил М.Г. Мещеряков.

Академик Украинской АН А.И. Лейпунский (1907–1972) на основе принципа автофазировки предложил конструкцию ускорителя, впоследствии названного синхрофазотроном (фото: «Наука и жизнь»)
Создание синхротрона по ряду причин не удалось осуществить. Во-первых, из-за непредвиденных трудностей пришлось построить два синхротрона на меньшие энергии - 30 и 250 МэВ. Их расположили на территории ФИАНа, а синхротрон на 1 ГэВ решили строить за пределами Москвы. В июне 1948 года ему выделили место в нескольких километрах от уже строящегося синхроциклотрона в Калининской области, но и там его так и не построили, так как предпочтение было отдано ускорителю, предложенному академиком Украинской академии наук Александром Ильичом Лейпунским. Произошло это следующим образом.

В 1946 году А.И. Лейпунский на основе принципа автофазировки выдвинул идею о возможности создания ускорителя, в котором соединялись особенности синхротрона и синхроциклотрона. Впоследствии Векслер назвал такой тип ускорителя синхрофазотроном. Название становится понятным, если учесть, что синхроциклотрон поначалу называли фазотроном и в соединении с синхротроном получается синхрофазотрон. В нем в результате изменения управляющего магнитного поля частицы движутся по кольцу, как в синхротроне, а ускорение производит высокочастотное электрическое поле, частота которого меняется во времени, как в синхроциклотроне. Это позволяло значительно увеличить энергию ускоряемых протонов по сравнению с синхроциклотроном. В синхрофазотроне протоны предварительно ускоряются в линейном ускорителе - инжекторе. Введенные в основную камеру частицы под действием магнитного поля начинают в ней циркулировать. Такой режим называется бетатронным. Затем включается высокочастотное ускоряющее напряжение на электродах, размещенных в двух диаметрально противоположных прямолинейных промежутках.

Из всех трех типов ускорителей, основанных на принципе автофазировки, синхрофазотрон в техническом отношении наиболее сложен, и тогда многие сомневались в возможности его создания. Но Лейпунский, уверенный, что всё получится, смело взялся за реализацию своей идеи.

В 1947 году в Лаборатории «В» вблизи станции Обнинское (ныне город Обнинск) специальная ускорительная группа под его руководством начала разработку ускорителя. Первыми теоретиками синхрофазотрона стали Ю.А. Крутков, О.Д. Казачковский и Л.Л. Сабсович. В феврале 1948 года прошла закрытая конференция по ускорителям, на которой кроме министров присутствовали А.Л. Минц, известный уже в то время специалист по радиотехнике, и главные инженеры ленинградских заводов «Электросила» и трансформаторного. Все они заявили, что предложенный Лейпунским ускоритель сделать можно. Обнадеживающие первые теоретические результаты и поддержка инженеров ведущих заводов позволили начать работу над конкретным техническим проектом большого ускорителя на энергию протонов 1,3–1,5 ГэВ и развернуть экспериментальные работы, подтвердившие правильность идеи Лейпунского. К декабрю 1948 года технический проект ускорителя был готов, а к марту 1949 года Лейпунский должен был представить эскизный проект синхрофазотрона на 10 ГэВ.

И вдруг в 1949 году, в самый разгар работ, правительство решило передать начатую работу по синхрофазотрону в ФИАН. Зачем? Почему? Ведь ФИАН уже занимается созданием синхротрона на 1 ГэВ! Да в том-то и дело, что оба проекта, и синхрофазотрона на 1,5 ГэВ, и синхротрона на 1 ГэВ, были слишком дорогими, и возник вопрос об их целесообразности. Окончательно его разрешили на одном из специальных заседаний в ФИАНе, где собрались ведущие физики страны. Они сочли ненужным сооружение синхротрона на 1 ГэВ из-за отсутствия большого интереса к ускорению электронов. Главным оппонентом такой позиции выступал М.А. Марков. Основной его аргумент состоял в том, что изучать и протоны, и ядерные силы гораздо эффективнее с помощью уже хорошо изученного электромагнитного взаимодействия. Однако отстоять свою точку зрения ему не удалось, и положительное решение оказалось в пользу проекта Лейпунского.

Так выглядит синхрофазотрон на 10 ГэВ в Дубне

Рушилась заветная мечта Векслера построить самый крупный ускоритель. Не желая мириться со сложившейся ситуацией, он при поддержке С.И. Вавилова и Д.В. Скобельцына предложил отказаться от сооружения синхрофазотрона на 1,5 ГэВ и приступить к проектированию ускорителя сразу на 10 ГэВ, ранее порученному А.И. Лейпунскому. Правительство приняло это предложение, так как в апреле 1948 года стало известно о проекте синхрофазотрона на 6–7 ГэВ в Калифорнийском университете и хотелось хоть на время оказаться впереди США.

2 мая 1949 года вышло постановление Совета министров СССР о создании синхрофазотрона на энергию 7–10 ГэВ на территории, ранее отведенной для синхротрона. Тему перевели в ФИАН, а ее научно-техническим руководителем назначили В.И. Векслера, хотя дела у Лейпунского шли вполне успешно.

Объяснить это можно, во-первых, тем, что Векслер считался автором принципа автофазировки и, по воспоминаниям современников, к нему очень благоволил Л.П. Берия. Во-вторых, С. И. Вавилов был в то время не только директором ФИАНа, но и президентом АН СССР. Лейпунскому предложили стать заместителем Векслера, но он отказался и в дальнейшем в создании синхрофазотрона не участвовал. По словам заместителя Лейпунского О.Д. Казачковского, «ясно было, что два медведя в одной берлоге не уживутся». Впоследствии А.И. Лейпунский и О.Д. Казачковский стали ведущими специалистами по реакторам и в 1960 году были удостоены Ленинской премии.

В постановлении имелся пункт о переводе на работу в ФИАН сотрудников Лаборатории «В», занимавшихся разработкой ускорителя, с передачей соответствующего оборудования. А передавать было что: работу над ускорителем в Лаборатории «В» к тому моменту довели до стадии модели и обоснования основных решений.

Не все с воодушевлением восприняли перевод в ФИАН, так как с Лейпунским легко и интересно работалось: он был не только прекрасным научным руководителем, но и замечательным человеком. Однако отказаться от перевода было практически невозможно: в то суровое время отказ грозил судом и лагерями.

В состав группы, переведенной из Лаборатории «В», входил инженер Леонид Петрович Зиновьев. Он, как и другие члены ускорительной группы, в лаборатории Лейпунского сначала занимался разработкой отдельных узлов, необходимых для модели будущего ускорителя, в частности ионного источника и высоковольтных импульсных схем для питания инжектора. Лейпунский сразу обратил внимание на грамотного и творческого инженера. По его указанию Зиновьева первым привлекли к созданию опытной установки, в которой можно было смоделировать весь процесс ускорения протонов. Тогда никто не мог предположить, что, став одним из первопроходцев в работе по воплощению идеи синхрофазотрона в жизнь, Зиновьев окажется единственным человеком, который пройдет все этапы его создания и совершенствования. И не просто пройдет, а возглавит их.

Теоретические и экспериментальные результаты, полученные в Лаборатории «В», были использованы в ФИАНе при проектировании синхрофазотрона на 10 ГэВ. Однако повышение энергии ускорителя до этой величины потребовало значительных доработок. Трудности его создания в очень большой степени усугублялись тем, что в то время во всём мире отсутствовал опыт сооружения столь больших установок.

Под руководством теоретиков М.С. Рабиновича и А.А. Коломенского в ФИАНе сделали физическое обоснование технического проекта. Основные составляющие синхрофазотрона разработали московский Радиотехнический институт АН и ленинградский НИИ под руководством их директоров А.Л. Минца и Е.Г. Комара.

Для получения необходимого опыта решили построить модель синхрофазотрона на энергию 180 МэВ. Ее расположили на территории ФИАНа в специальном здании, которое из соображений секретности назвали складом № 2. В начале 1951 года все работы по модели, включая монтаж оборудования, наладку и комплексный ее пуск, Векслер возложил на Зиновьева.

Фиановская модель отнюдь не была малюткой - ее магнит диаметром 4 метра весил 290 тонн. Впоследствии Зиновьев вспоминал, что, когда собрали модель в соответствии с первыми расчетами и попытались ее пустить, поначалу ничто не работало. Пришлось преодолеть множество непредвиденных технических трудностей, прежде чем модель запустили. Когда в 1953 году это произошло, Векслер сказал: «Ну всё! Иваньковский синхрофазотрон работать будет!» Речь шла о большом синхрофазотроне на 10 ГэВ, который уже начали сооружать в 1951 году в Калининской области. Строительство осуществляла организация под кодовым названием ТДС-533 (Техническая дирекция строительства 533).

Незадолго до пуска модели в одном американском журнале неожиданно появилось сообщение о новой конструкции магнитной системы ускорителя, названной жесткофокусирующей. Она выполняется в виде набора чередующихся секций с противоположно направленными градиентами магнитного поля. Это значительно уменьшает амплитуду колебаний ускоряемых частиц, что в свою очередь позволяет значительно уменьшить сечение вакуумной камеры. В результате экономится большое количество железа, идущего на постройку магнита. К примеру, ускоритель в Женеве на энергию 30 ГэВ, основанный на жесткой фокусировке, имеет втрое большую энергию и втрое большую длину окружности, чем дубненский синхрофазотрон, а его магнит в десять раз легче.

Конструкцию магнитов жесткой фокусировки предложили и разработали американские ученые Курант, Ливингстон и Снайдер в 1952 году. За несколько лет до них то же самое придумал, но не опубликовал Кристофилос.

Зиновьев сразу оценил открытие американцев и предложил перепроектировать дубненский синхрофазотрон. Но для этого пришлось бы поступиться временем. Векслер сказал тогда: «Нет, хоть на один день, но мы должны оказаться впереди американцев». Вероятно, в условиях «холодной войны» он был прав - «коней на переправе не меняют». И большой ускоритель продолжили строить по ранее разработанному проекту. В 1953 году на базе строящегося синхрофазотрона создали Электрофизическую лабораторию АН СССР (ЭФЛАН). Ее директором назначили В.И. Векслера.

В 1956 году ИЯП и ЭФЛАН составили основу созданного Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ). Место его расположения стало называться городом Дубна. К тому моменту энергия протонов на синхроциклотроне составляла 680 МэВ, а строительство синхрофазотрона завершалось. С первых дней образования ОИЯИ стилизованный рисунок здания синхрофазотрона (автор В.П. Бочкарев) стал его официальным символом.

Модель помогла в решении ряда вопросов для ускорителя на 10 ГэВ, однако конструкция многих узлов из-за большой разницы в размерах претерпела значительные изменения. Средний диаметр электромагнита синхрофазотрона составил 60 метров, а вес - 36 тысяч тонн (по своим параметрам он до сих пор остается в Книге рекордов Гиннесса). Возник целый комплекс новых сложных инженерных задач, которые коллектив успешно решил.

Наконец всё было готово для комплексного пуска ускорителя. По распоряжению Векслера им руководил Л.П. Зиновьев. Работы начались в конце декабря 1956 года, обстановка сложилась напряженная, и Владимир Иосифович не щадил ни себя, ни сотрудников. Нередко оставались ночевать на раскладушках прямо в огромном пультовом зале установки. По воспоминаниям А.А. Коломенского, большую часть своей неистощимой энергии в то время Векслер тратил на «выколачивание» помощи из внешних организаций и на проведение в жизнь дельных предложений, во многом исходивших от Зиновьева. Векслер высоко ценил его экспериментаторскую интуицию, которая сыграла решающую роль и в пуске ускорителя-гиганта.

Очень долго не могли получить бетатронный режим, без которого пуск невозможен. И именно Зиновьев в ответственный момент понял, что надо сделать, чтобы вдохнуть жизнь в синхрофазотрон. Эксперимент, к которому готовились две недели, к всеобщей радости, наконец-то увенчался успехом. 15 марта 1957 года дубненский синхрофазотрон заработал, о чем всему миру сообщила газета «Правда» 11 апреля 1957 года (статья В.И. Векслера). Интересно, что это известие появилось, лишь когда энергия ускорителя, постепенно поднимаемая со дня пуска, превысила энергию 6,3 ГэВ лидирующего в то время американского синхрофазотрона в Беркли. «Есть 8,3 миллиарда электронвольт!» - сообщала газета, извещая, что в Советском Союзе создан рекордный ускоритель. Сбылась заветная мечта Векслера!

16 апреля энергия протонов достигла проектной величины 10 ГэВ, но в эксплуатацию ускоритель был сдан только несколько месяцев спустя, так как оставалось еще достаточно нерешенных технических задач. И всё же основное было позади - синхрофазотрон заработал.

Об этом Векслер доложил на второй сессии ученого совета Объединенного института в мае 1957 года. Тогда же директор института Д.И. Блохинцев отметил, что, во-первых, модель синхрофазотрона создали за полтора года, в то время как в Америке на это ушло около двух лет. Во-вторых, сам синхрофазотрон удалось пустить за три месяца, уложившись в график, хотя поначалу это казалось нереальным. Именно пуск синхрофазотрона принес Дубне первую всемирную славу.

На третьей сессии ученого совета института член-корреспондент АН В.П. Джелепов отметил, что «Зиновьев был во всех отношениях душой запуска и внес в это дело колоссальное количество энергии и усилий, именно творческих усилий в ходе наладки машины». А Д.И. Блохинцев добавил, что «Зиновьев фактически вынес на себе огромный труд комплексной наладки».

Созданием синхрофазотрона занимались тысячи людей, но Леониду Петровичу Зиновьеву в этом принадлежала особая роль. Векслер писал: «Успех запуска синхрофазотрона и возможность начала проведения широкого фронта физических работ на нем в значительной степени связаны с участием в этих работах Л.П. Зиновьева».

Зиновьев собирался после пуска ускорителя вернуться в ФИАН. Однако Векслер упросил его остаться, считая, что больше никому не мог бы доверить руководство синхрофазотроном. Зиновьев согласился и руководил работой ускорителя более тридцати лет. Под его руководством и при непосредственном участии ускоритель постоянно совершенствовали. Зиновьев любил синхрофазотрон и очень тонко чувствовал дыхание этого железного исполина. По его словам, не было ни одной, даже мало-мальской детали ускорителя, которую бы он не потрогал и назначения которой не знал бы.

В октябре 1957 года на расширенном заседании ученого совета Курчатовского института под председательством самого Игоря Васильевича семнадцать человек из разных организаций, которые участвовали в создании синхрофазотрона, были выдвинуты на самую престижную в то время в Советском Союзе Ленинскую премию. Но по условиям число лауреатов не могло превышать двенадцати человек. В апреле 1959 года премии были удостоены директор Лаборатории высоких энергий ОИЯИ В.И. Векслер, начальник отдела той же лаборатории Л.П. Зиновьев, заместитель начальника Главного управления по использованию атомной энергии при Совете министров СССР Д.В. Ефремов, директор ленинградского НИИ Е.Г. Комар и его сотрудники Н. А. Моносзон, А.М. Столов, директор московского Радиотехнического института АН СССР А.Л. Минц, сотрудники того же института Ф.А. Водопьянов, С.М. Рубчинский, сотрудники ФИАНа А.А. Коломенский, В.А. Петухов, М.С. Рабинович. Векслер и Зиновьев стали почетными гражданами Дубны.

Синхрофазотрон оставался в строю сорок пять лет. За это время на нем сделали целый ряд открытий. Модель синхрофазотрона в 1960 году переделали в ускоритель электронов, до сих пор работающий в ФИАНе.

источники

Литература:
Коломенский А. А., Лебедев А. Н. Теория циклических ускорителей. - М., 1962.
Комар Е. Г. Ускорители заряженных частиц. - М., 1964.
Ливингуд Дж. Принципы работы циклических ускорителей - М., 1963.
Оганесян Ю. Как создавался циклотрон / Наука и жизнь, 1980 № 4, с. 73.
Хилл Р. По следам частиц - М., 1963.

http://elementy.ru/lib/430461?page_design=print

http://www.afizika.ru/zanimatelniestati/172-ktopridumalsihrofazatron

http://theor.jinr.ru/~spin2012/talks/plenary/Kekelidze.pdf

http://fodeka.ru/blog/?p=1099

http://www.larisa-zinovyeva.com

А я вам вот про какие установки еще напомню: например и как выглядит . Вспомните еще, что такое . А может быть вы не знаете ? или что такое Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия -

Как устроен синхрофазотрон и нуклотрон aslan wrote in June 7th, 2013

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. Мне удалось попасть на территорию Объединенного Института Ядерных Исследований (ОИЯИ) в Дубне и прогуляться по синхрофазотрону.

2.

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

3.

Сейчас от него остался лишь небольшой фрагмент:

4.

5.

6.

Здесь же, в углу, стоит модель Синхрофазотрона:

7.

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:

8.

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:

9.

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

10.

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

11.

При входе висят таблички:

12.

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:

14.

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:

15.

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

16.

17.

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

18.

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):

19.

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:

20.

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 (обратите внимание на лампочку):

22.

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

23.

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:

24.

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:

25.

Ходить здесь тесновато. В некоторых местах я с трудом протискивался со своим пивным животиком:

26.

Сверху, из линейного ускорителя, в кольцо нуклотрона заводят пучок частиц (зеленые направляющие):

27.

Частицы ускоряются в кольце, а затем выводятся на поверхность с помощью отклоняющих магнитов (зеленого цвета):

28.

Скорость частиц на входе равна 30 тысячам километров в секунду, а на выходе уже около скорости света (300 тысяч километров в секунду), поэтому для отклонения пучка магниты нужны гораздо больших размеров:

29.

Все магниты красиво покрашены:

30.

31.

32.

Криогенные установки охлаждают обмотки магнитов внутри нуклотрона до температуры -269 градусов Цельсия, для возникновения эффекта сверхпроводимости:

33.

34.

Экспериментальный корпус питается электричеством от отдельной подстанции:

35.

Сам канал обложен бетонными блоками для защиты от радиации:

36.

В том числе сверху:

37.

Ученые сидят в оранжевых домиках на крыше канала и вокруг него:

38.

Внутри куча приборов. Здесь снимаются и записываются данные, а затем ученые будут еще долгое время их обрабатывать и анализировать:

39.

40.

Ну и напоследок несколько дверей:

41.

42.

43.

Взят у sergeydolya в Синхрофазотрон и нуклотрон

Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите на [email protected] Лера Волкова ([email protected] ) и Саша Кукса ([email protected] ) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта http://bigpicture.ru/ и http://ikaketosdelano.ru

Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках и в гугл+плюс , где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс материалы, которых нет здесь и видео о том, как устроены вещи в нашем мире.

Жми на иконку и подписывайся!

(Опубликовано в книге «Исследования по истории физики и механики. 2009–2010 / Ин-т истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова РАН: отв. ред. Г.М. Идлис. – М.; Физматлит, 2010. – 480с.)
Утверждено к печати Учёным советом
Института истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова РАН

Аннотация

В статье рассматривается история создания первого в Советском Союзе синхрофазотрона, который был пущен в марте 1957 года в Дубне. Данная тема впервые представлена в логически завершённом виде. Приводятся данные, опровергающие некоторые общепризнанные факты истории создания легендарного ускорителя.

Предисловие

Данная статья посвящена созданию дубненского синхрофазотрона. Мой отец, Леонид Петрович Зиновьев, был одним из его основных создателей. Более того, он был руководителем его запуска. Когда я была маленькая, и меня спрашивали, кто мои родители, то я с гордостью отвечала: «Моя мама – врач, а папа – инженер. Он делает электрические лампочки». Делать электрические лампочки в то время представлялось мне верхом гордости. В старших классах школы я узнала, какие «лампочки» делал отец. А, став совсем, совсем взрослой, мне стало интересно, «откуда есть, пошёл синхрофазотрон». Так родилась эта статья.

Синхрофазотрон представляет собой один из видов ускорителей. Ускорители – это установки, в которых атомные частицы разгоняют до больших энергий. По результату их соударений с другими атомными частицами физики судят о строении и свойствах материи. Любой ускоритель характеризуется двумя важными параметрами – энергией ускоренных частиц и интенсивностью, то есть количеством частиц в пучке. Энергия определяет силу взаимодействия частиц, а интенсивность – вероятность соударения частиц. Конструкция ускорителей зависит от вида ускоряемых частиц.

Фото Н.Горелова

Синхрофазотрон в Дубне, пущенный в марте 1957 года, став первым ускорителем такого типа в Советском Союзе и четвёртым в мире, сразу стал рекордным в мире. Первые три ускорителя распределились следующим образом: в Брукхэйвене (США) «Космотрон» (3 ГэВ) (1952), в Бирмингаме (Англия) (1ГэВ) (1953) и в Беркли (США) «Беватрон» (6,3 Гэв) (1954) . Максимальная энергия протонов дубненского синхрофазотрона составила 10 ГэВ. Тогда это событие потрясло весь мир, и слово «синхрофазотрон» прочно вошло в нашу жизнь.

Сегодня, когда с документов дубненского синхрофазотрона частично снят гриф секретности, можно проследить логическую цепочку событий, которая привела к его созданию.

Увеличение энергии ускоренных частиц в ускорителях способствует более глубокому проникновению в тайны мироздания, поэтому каждый шаг значительного повышения этой энергии представляется большим научным достижением. Первыми такими шагами в истории развития ускорителей стали изобретения циклотрона для ускорения протонов и бетатрона для ускорения электронов. Впервые идея циклотрона содержалась в патентной заявке Сциларда, относящейся приблизительно к 1928 году . Несмотря на это, методика циклотрона связана исключительно с именем Лоуренса, под руководством которого к 1932 году она была осуществлена практически. За это в 1939 году Лоуренс был удостоен Нобелевской премии. Бетатрон в 1940 году построил Керст по идее Видероэ .

О необходимости создания в Советском Союзе серьезной ускорительной базы впервые было заявлено на правительственном уровне в марте 1938 года. Группа исследователей Ленинградского физико-технического института (ЛФТИ) во главе с академиком А.Ф. Иоффе обратилась к председателю СНК СССР В.М. Молотову с письмом, в котором предлагалось создать техническую базу для исследований в области строения атомного ядра. В то время вопросы строения атомного ядра стали одной из центральных проблем естествознания, а в их решении Советский Союз значительно отставал. Например, в Америке насчитывалось, по крайней мере, пять работающих циклотронов, а в Советском Союзе не было ни одного (единственный циклотрон Радиевого института АН (РИАН), пущенный в 1937 году, из-за явных дефектов проектирования практически не работал). Обращение к Молотову содержало просьбу создать условия для окончания к 1 января 1939 года постройки циклотрона ЛФТИ. Работа по его созданию, начатая в 1937 году, была приостановлена из-за ведомственных неувязок и прекращения финансирования .

Действительно, в момент написания письма в правительственных кругах страны было явное недопонимание актуальности исследований в области атомной физики. По воспоминаниям М.Г. Мещерякова, в 1938 году даже встал вопрос о ликвидации Радиевого института, который, по чьему-то мнению, занимался никому не нужными исследованиями урана и тория, в то время как страна стремилась увеличить добычу угля и выплавку стали .

Письмо к Молотову возымело действие, и уже в июне 1938 года комиссия от Академии наук СССР, которую возглавил П.Л. Капица, по запросу правительства дала заключение о необходимости строить циклотрон ЛФТИ на 10–20 МэВ в зависимости от типа ускоряемых частиц и совершенствовать циклотрон РИАНа .

В начале ноября 1938 года С. И. Вавилов обратился в Президиум АН с предложением построить циклотрон ЛФТИ в Москве. Для этого предлагалось перевести из ЛФТИ в Физический институт АН (ФИАН) лабораторию И.В. Курчатова, которая занималась созданием циклотрона .
С.И. Вавилов хотел, чтобы центральная лаборатория по изучению атомного ядра располагалась там же, где и Академия наук, т. е. в Москве . Эти предложения Президиум АН СССР утвердил 25 ноября 1938 года в своём постановлении «Об организации в Академии наук работ по исследованию атомного ядра» . Это вызвало резкое неприятие в ЛФТИ. А.Ф. Иоффе опротестовал такое решение в обращении в Президиум, а А.И. Алиханов с И.В. Курчатовым в письме к В.М. Молотову. Однако Президиум настаивал на своём решении . Активную позицию против строительства второго циклотрона в Ленинграде занял учёный секретарь Ядерной комиссии В.И. Векслер .

Споры закончились в конце 1939 года, когда А.Ф. Иоффе предложил создать сразу три циклотрона . 30 июля 1940 года на заседании Президиума АН СССР было решено поручить РИАНу в текущем году дооборудовать действующий циклотрон, ФИАНу к 15 октября подготовить необходимые материалы по строительству нового мощного циклотрона, а ЛФТИ окончить строительство циклотрона в первом квартале 1941 года .

В связи с этим решением в ФИАНе создали так называемую циклотронную бригаду, в которую вошли В.И. Векслер, С.Н. Вернов, П.А. Черенков, Л.В. Грошев и Е.Л. Фейнберг . 26 сентября 1940 года Бюро Отделения физико-математических наук (ОФМН) заслушало информацию В.И. Векслера о проектном задании на циклотрон, одобрило его основные характеристики и смету на строительство. Циклотрон был рассчитан на ускорение дейтронов до энергии 50 МэВ. ФИАН планировал начать его строительство в 1941 году и пустить в 1943-м . Намеченные планы нарушила война.

Но вскоре острая необходимость в создании атомной бомбы заставила Советский Союз мобилизовать усилия в исследовании микромира. Один за другим построили два циклотрона в Лаборатории № 2 в Москве (1944, 1946 годы), в Ленинграде после снятия блокады восстановили циклотроны РИАН и ЛФТИ (1946 год) .

Однако ещё к началу 1940-х годов стало ясно, что возможности по энергии, как циклотрона, так и бетатрона, были исчерпаны. Максимальная энергия ускоряемых протонов в циклотроне в среднем была порядка 20 МэВ , а электронов в бетатроне – порядка 100 МэВ . Для дальнейших же исследований микромира требовалось увеличение энергии ускоренных частиц, поэтому остро встала задача поиска новых методов ускорения.

Её решение не заставило долго ждать. В 1944 году в журналах «Доклады Академии наук» были опубликованы две статьи В.И. Векслера с предложениями, как повысить энергию ускоряемых электронов . Речь шла об ускорителях, получивших в дальнейшем названия микротрона и синхротрона. В марте 1945 года в журнале «Jornal of Phisics» Векслер опубликовал новую статью, в которой наряду с уже известными предложенными им ускорителями электронов, было показано, как повысить энергию ускоряемых протонов . В основе всех предложений Векслера лежала одна и та же идея так называемого метода синхронизации.

Самым важным моментом в статьях Векслера было доказательство устойчивости предложенных им способов ускорения частиц, что означало возможность практического их использования. Согласно терминологии ускорителей Векслер назвал эту устойчивость автоматической фазировкой, или автофазировкой. Поэтому впоследствии его идею синхронизации стали называть принципом автофазировки.

Спустя год идею синхронизации для ускорения электронов с доказательством устойчивости такого процесса независимо от Векслера предложил американский физик Э. МакМиллан . Он же предложил и название нового ускорителя – синхротрон. Однако приоритет сохранился за Векслером.

Таким образом, в историю ускорителей Векслер вошёл единоличным автором принципа автофазировки, так как работы по этому вопросу были опубликованы им только за его фамилией без ссылок на других авторов. На самом деле, как выяснилось спустя много лет, у Векслера был соавтор – Евгений Львович Фейнберг, физик-теоретик циклотронной бригады. Именно он обратил внимание Векслера на необходимость рассмотрения вопроса об устойчивости предложенных новых способов ускорения, и, главное, сам же строго математически доказал их устойчивость. Это было использовано Векслером в его статьях без каких-либо упоминаний Фейнберга . Таким образом, в словосочетании «принцип автофазировки» Векслеру принадлежит «принцип», то есть идея, как ускорять релятивистские частицы, а Фейнбергу – «автофазировка», то есть доказательство устойчивости процесса ускорения по идее Векслера. Поэтому, говоря о принципе автофазировки, правильно, а главное, справедливо, говорить о двух его соавторах: В.И. Векслере и Е.Л. Фейнберге.

Принцип автофазировки открыл новую грандиозную эпоху в развитии ускорителей. Правда, следует заметить, что в ускорителях, основанных на этом принципе, в явном виде проявилось «правило рычага» – выигрыш в энергии повлек проигрыш в интенсивности пучка ускоренных частиц. На этот неприятный момент сразу обратили внимание на сессии Отделения физико-математических наук 20 февраля 1945 года, однако тогда же все единодушно пришли к выводу, что данное обстоятельство ни в коем случае не должно препятствовать его реализации . Хотя, к слову сказать, борьба за интенсивность впоследствии постоянно досаждала ускорительщикам.

На той же сессии по предложению президента Академии наук СССР С.И. Вавилова было принято решение – незамедлительно строить два типа ускорителей, основанных на принципе автофазировки. Один – для ускорения протонов, впоследствии названный синхроциклотроном, другой – электронов, названный синхротроном. 19 февраля 1946 года Специальный комитет при Совнаркоме СССР поручил соответствующей комиссии разработать их проекты с указанием мощности, сроков изготовления и места строительства . (От создания циклотрона в ФИАНе отказались).

В результате 13 августа 1946 года одновременно вышло два постановления Совета министров СССР, подписанные Председателем Совета министров СССР И.В. Сталиным и Управляющим делами Совета министров СССР Я.Е. Чадаевым. Одно по созданию синхроциклотрона на энергию дейтронов 250 МэВ, другое – синхротрона на энергию 1 ГэВ . Энергия ускорителей в первую очередь диктовалась политическим противостоянием США и СССР. В США уже создавались синхроциклотрон на энергию дейтронов порядка 190 МэВ и синхротрон на энергию 250-300 МэВ . Отечественные ускорители по энергии должны были перекрыть американские.

С синхроциклотроном связывали надежды на открытие новых элементов, новых способов получения атомной энергии из более дешевых, чем уран, источников . С помощью синхротрона намеревались получать искусственным путем мезоны, которые, как предполагали советские физики в то время, способны вызывать расщепление ядер .

Оба постановления вышли с грифом «Совершенно секретно (особая папка)», так как строительство ускорителей шло в рамках засекреченного проекта создания атомной бомбы. Сами по себе ускорители прямого отношения к бомбе не имели, но с их помощью надеялись получить точную теорию ядерных сил, необходимую для её расчетов. В то время такие расчёты производились лишь с использованием большого набора приближенных моделей . Но, всё оказалось не так просто, как думалось поначалу, и следует заметить, что такая теория не создана до сих пор.

Постановления определили места строительства ускорителей: синхротрона – в Москве, на Калужском шоссе (ныне Ленинский проспект), на территории ФИАНа; синхроциклотрона – в районе Иваньковской ГЭС в 125 километрах к северу от Москвы (в то время Калининская область). Первоначально создание обоих ускорителей поручили ФИАНу. Руководителем работ по синхротрону был назначен В.И. Векслер, а по синхроциклотрону – Д.В. Скобельцын.

Полгода спустя руководитель атомного проекта И.В. Курчатов, недовольный ходом работ по созданию фиановского синхроциклотрона
, перевёл эту тему в свою Лабораторию № 2 . Её новым руководителем он назначил М.Г. Мещерякова, освободив его от работы в ленинградском Радиевом институте . Под руководством М.Г. Мещерякова в Лаборатории № 2 создали модель синхроциклотрона, которая уже экспериментально подтвердила правильность принципа автофазировки. В 1947 году начали строить ускоритель в Калининской области .

14 декабря 1949 года под руководством М.Г. Мещерякова синхроциклотрон был успешно пущен в намеченный срок. Он стал первым в Советском Союзе ускорителем такого типа, перекрыв энергию созданного в конце 1946 года аналогичного ускорителя в Беркли (США). Советский синхроциклотрон оставался рекордным вплоть до 1953 года .

Первоначально лаборатория, основанная на базе синхроциклотрона, в целях секретности называлась Гидротехнической лабораторией АН СССР (ГТЛ) и была филиалом Лаборатории № 2. В 1953 году ее преобразовали в самостоятельный Институт ядерных проблем АН СССР (ИЯП), который возглавил М.Г. Мещеряков .

Создание синхротрона по ряду причин не удалось осуществить. Во-первых, из-за непредвиденных трудностей пришлось построить два синхротрона на меньшие энергии – 30 и 250 МэВ . Их расположили на территории ФИАНа, а синхротрон на 1 ГэВ решили строить за пределами Москвы. В июне 1948 года ему выделили место в нескольких километрах от уже строящегося синхроциклотрона в Калининской области . Но и там его так и не построили, так как предпочтение было отдано ускорителю, предложенному академиком Украинской Академии наук Александром Ильичом Лейпунским. Произошло это следующим образом.

В 1946 году А.И. Лейпунский на основе принципа автофазировки выдвинул идею о возможности создания ускорителя, в котором соединялись бы особенности синхротрона и синхроциклотрона . Это позволяло значительно увеличить энергию ускоряемых протонов по сравнению с синхроциклотроном. Позже Векслер назвал такой тип ускорителя синхрофазотроном. Название становится понятным, если учесть, что синхроциклотрон поначалу называли фазотроном. При объединении слов «синхротрон» и «фазотрон» получался «синхро-фазо-трон».

Впоследствии Векслер признал, что инициатором создания ускорителя типа синхрофазотрона в Советском Союзе был А.И. Лейпунский . Следует обратить внимание, что речь идёт именно о Советском Союзе. Потому, что ещё до предложения Лейпунского и, что особенно интересно, до опубликования работ Векслера по принципу автофазировки(!), в Англии в 1943 году профессором Бирмингамского университета М. Олифантом был предложен ускоритель синхрофазотронного типа. Вследствие ограничений военного времени это предложение тогда не было опубликовано . После войны в Бирмингеме начали разрабатывать создание самого первого в мире синхрофазотрона. В 1947 году в США также приступили к разработке синхрофазотрона .

Из всех типов ускорителей, основанных на принципе автофазировки, синхрофазотрон в техническом отношении наиболее сложен, и тогда многие сомневались в возможности его создания . Но Лейпунский, уверенный, что всё получится, смело взялся за реализацию своей идеи.

О.Д. Казачковский, заместитель А.И. Лейпунского

В 1947 году в Лаборатории «В» вблизи станции Обнинское (ныне город Обнинск) под его руководством специальная ускорительная группа начала разработку ускорителя. Первыми теоретиками синхрофазотрона стали Ю.А. Крутков, О.Д. Казачковский и Л.Л. Сабсович . Одновременно с развитием теории немногочисленный инженерный состав ускорительной группы занимался разработкой отдельных узлов, необходимых для модели будущего ускорителя.

В феврале 1948 года А. И. Лейпунский принял участие в закрытой конференции по ускорителям, на которой кроме министров присутствовали А.Л. Минц, известный уже в то время специалист по радиотехнике, главные инженеры ленинградских заводов «Электросила» и Трансформаторного. Все они заверили Лейпунского, что предложенный им ускоритель можно сделать . Такая поддержка вдохновила Лейпунского начать без промедления работу по созданию опытной установки, в которой можно было смоделировать уже весь процесс ускорения протонов. Он дал указание своему заместителю О.Д. Казачковскому первым привлечь к этой работе Л.П. Зиновьева .

Здание Лаборатории «В» (ныне ФЭИ). Ускорительная группа располагалась в правом крыле. Модель расположили в пристройке 10х10 м за правым крылом.

На тот момент Зиновьев занимался разработкой ионного источника и высоковольтных импульсных схем для питания инжектора модели будущего ускорителя [Неопубликованные воспоминания Л.П. Зиновьева]. Лейпунский сразу обратил внимание на грамотного и творческого инженера. Зиновьев возглавил эксперименты по созданию действующей модели будущего ускорителя. Тогда никто не мог предположить, что, став одним из первопроходцев в работе по воплощению идеи синхрофазотрона в жизнь, Зиновьев окажется единственным человеком, который пройдёт все этапы его создания и совершенствования. И не просто пройдет, а возглавит их.

В группу Зиновьева входил инженер фон Эрцен из числа немецких сотрудников, привлечённых Советским Союзом после окончания Великой Отечественной войны для участия в атомном проекте [Письмо О.Д. Казачковского Л.Л. Зиновьевой от 16. 11. 2003].

Л.П. Зиновьев в период работы в Лаборатории «В» (1948 г.)

Расчёты подтвердили правильность идеи Лейпунского в отношении создания ускорителя типа синхрофазотрона . К тому же в Советском Союзе тогда уже стало известно, что развитие протонных ускорителей в США также пошло по этому пути . К началу 1949 года были составлены технические требования к основным элементам ускорителя на энергию протонов 1,3–1,5 ГэВ, была смонтирована и готова к пуску малая опытная модель . Для размещения модели была сооружена специальная пристройка к основному зданию лаборатории с залом 10х10 метров [Письменное сообщение О.Д. Казачковского]. К марту 1949 года Лейпунский должен был представить эскизный проект синхрофазотрона на энергию 10 ГэВ .

И вдруг в 1949 году, в самый разгар работ, правительство решило передать начатую работу по синхрофазотрону в ФИАН. Зачем? Почему? Ведь ФИАН уже был занят созданием синхротрона на 1 ГэВ! Да в том-то и дело, что оба проекта – и синхрофазотрона на 1,5 ГэВ, и синхротрона на
1 ГэВ – были слишком дорогими, и возник вопрос об их целесообразности. Окончательно его разрешили на одном из специальных заседаний в ФИАНе, где собрались ведущие физики страны. Они сочли ненужным сооружение синхротрона на 1 ГэВ из-за отсутствия большого интереса к ускорению электронов. Главным оппонентом такой позиции выступал М.А. Марков. Основной его аргумент состоял в том, что изучать и протоны, и ядерные силы гораздо эффективнее с помощью уже хорошо изученного электромагнитного взаимодействия. Однако отстоять свою точку зрения ему не удалось, и положительное решение оказалось в пользу проекта Лейпунского .

При этом рушилась заветная мечта Векслера построить самый крупный ускоритель. По его мнению, таковым должен был стать синхротрон на 1 ГэВ . Cо сложившейся ситуацией Векслер не захотел мириться. При поддержке С.И. Вавилова он предложил отказаться от проекта сооружения синхрофазотрона на 1,5 ГэВ, который возглавлял Лейпунский, и приступить сразу к проектированию ускорителя на 10 ГэВ, ранее порученного также А.И.Лейпунскому . Правительство приняло это предложение, так как в апреле 1948 года стало известно о проекте синхрофазотрона на 6–7 ГэВ в Калифорнийском университете, и, хотелось, хоть на время оказаться впереди США .

2 мая 1949 года вышло постановление Совета министров СССР о создании синхрофазотрона на энергию 7–10 ГэВ на территории, ранее отведенной для синхротрона . Тему синхрофазотрона из Лаборатории «В» перевели в ФИАН, а ее научно-техническим руководителем назначили В.И. Векслера, хотя дела у Лейпунского шли вполне успешно .

Объяснить это можно, во-первых, тем, что Векслер считался автором принципа автофазировки, и, по воспоминаниям современников, ему очень благоволил Л.П. Берия . Вероятно, на него произвело впечатление единственного выступления Векслера в Кремле, посвященного принципу автофазировки и возможности создания на его основе новых ускорителей. Во-вторых, С.И. Вавилов был в то время не только директором ФИАНа, но и президентом АН СССР. Лейпунскому предложили стать заместителем Векслера, но он отказался и в дальнейшем в создании синхрофазотрона не участвовал. По словам О.Д. Казачковского, «ясно было, что два медведя в одной берлоге не уживутся» . Впоследствии А.И. Лейпунский и О.Д. Казачковский стали ведущими специалистами по реакторам и в 1960 году за работу в этой области были удостоены Ленинской премии.

В постановлении имелся пункт о переводе на работу в ФИАН сотрудников Лаборатории «В», занимавшихся разработкой ускорителя, а также о передаче соответствующего оборудования. А передавать было что – работу над ускорителем в Лаборатории «В» к тому моменту довели до стадии модели и обоснования основных решений .

В.А. Петухов, заместитель В.И. Векслера

В ФИАН в группу по созданию синхрофазотрона от Лейпунского перешли восемь сотрудников , в том числе профессор В.А. Петухов, который был назначен заместителем Векслера.

Л.П. Зиновьев с двумя другими сотрудниками, А.В. Куценко и Е.П. Овчиниковым, очень не хотели уходить от Лейпунского, который был прекрасным руководителем и замечательным человеком. Однако разговор на эту тему с Векслером был короткий и неприятный, после чего они отказались от затеи остаться в Обнинске и согласились на переход в ФИАН .

С началом работы над созданием синхрофазотрона в ФИАНе имя Лейпунского в связи с этим ускорителем официально было предано полному забвению. Как и в случае с открытием автофазировки главным инициатором и создателем синхрофазотрона в Советском Союзе в историю ускорителей несправедливо вошёл только Векслер.

Теоретические и экспериментальные результаты, полученные в Лаборатории «В», были частично использованы при проектировании синхрофазотрона на 10 ГэВ в ФИАНе . Однако повышение энергии ускорителя потребовало значительных доработок. Трудности в этом в очень большой степени усугублялись тем, что в то время во всём мире отсутствовал опыт сооружения столь больших установок .

В создании синхрофазотрона выделилось три основных направления – физика ускорения, радиотехническое и электротехническое.

Теоретическую часть направления физики ускорения возглавил М.С. Рабинович. Под его руководством в ФИАНе сделали физическое обоснование технического проекта.

Непосредственное руководство инженерно-технической частью направления физики ускорения Векслер возложил на Л.П. Зиновьева. Такое решение было вполне понятно, так как Зиновьев был уже хорошо знаком с проблемой по работе в Лаборатории Лейпунского. Поэтому бытующее мнение о заслуге Векслера, который сумел найти человека в лице Зиновьева, удачно воплотившего в реальность идею синхрофазотрона, ошибочно. Векслер не нашёл Зиновьева, а получил его автоматически из группы Лейпунского.

Коллективы радиотехнического и электротехнического направлений также не пришлось создавать заново, так как они уже прежде были задействованы в работе по созданию синхрофазотрона в Лаборатории «В».

Радиотехническим направлением занималась московская Лаборатория Академии наук под руководством А.Л. Минца (РАЛАН), впоследствии ставшая Радиотехническим институтом, а электротехническим – ленинградский НИИ, возглавляемый Е.Г. Комаром.

Для получения необходимого опыта решили построить модель синхрофазотрона на энергию 180 МэВ. Её расположили на территории ФИАНа в специальном здании, которое из соображений секретности назвали складом № 2. В начале 1951 года все работы по модели, включая монтаж оборудования, наладку и комплексный её пуск, Векслер возложил на Зиновьева .

Фиановская модель отнюдь не была малюткой – её магнит диаметром четыре метра весил 290 тонн [Письменное сообщение А.А. Комара]. Впоследствии Зиновьев вспоминал, что, когда собрали модель в соответствии с первыми расчётами и попытались её пустить, поначалу ничего не работало. Пришлось преодолеть множество непредвиденных технических трудностей, прежде чем модель запустили. Когда в 1953 году это произошло, Векслер сказал: «Ну, всё! Иваньковский синхрофазотрон работать будет!» . Речь шла о большом синхрофазотроне на 10 ГэВ, который уже начали сооружать в 1951 году в Калининской области. Строительство осуществляла организация под кодовым названием ТДС-533 (Техническая дирекция строительства 533) .

Незадолго до пуска модели в конце 1952 года в популярном американском журнале «Scientific American» неожиданно появилось краткое сообщение о новой конструкции магнитной системы ускорителя, названной жестко фокусирующей [А.А. Тяпкин. Неопубликованная автобиография]. Эта конструкция позволяла значительно уменьшить сечение вакуумной камеры. В результате экономилось большое количество железа, идущего на постройку магнита. К примеру, ускоритель в Женеве на энергию 30 ГэВ, основанный на жёсткой фокусировке, имеет втрое большую энергию и втрое большую длину окружности, чем дубненский синхрофазотрон, а его магнит в десять раз легче! .

Конструкцию магнитов жёсткой фокусировки предложили и разработали американские ученые Курант, Ливингстон и Снайдер в 1952 году. За несколько лет до них то же самое придумал, но не опубликовал Кристофилос .

Сразу после публикации в «Scientific American» идеи жёсткой фокусировки М.С. Козодаев, работавший в ГТЛ у М.Г. Мещерякова, поручил молодому тогда сотруднику А.А. Тяпкину разобраться глубоко с новым изобретением. К чести Тяпкина он очень быстро решил порученную задачу, применив для кольцевого магнита решение П.Л. Капицей задачи о вибрирующем маятнике. По распоряжению И.В. Курчатова решение, полученное Тяпкиным, обсуждалось на заседании научной секции в Министерстве среднего машиностроения, которое состоялось в начале марта 1953 года. На это заседание был приглашён В.И. Векслер со своей группой теоретиков в составе А.А. Коломенского, В.А. Петухова и М.С. Рабиновича. Тогда все они выразили мнение о ненадёжности метода жёсткой фокусировки из-за резонансов по высоким гармоникам.

Зиновьев же сразу оценил изобретение новой системы и предложил Векслеру перепроектировать дубненский синхрофазотрон. Но для этого пришлось бы поступиться временем. Векслер сказал тогда: «Нет! Хоть на один день, но мы должны оказаться впереди американцев» [Частное сообщение Л.П. Зиновьева]. И большой ускоритель продолжили строить по ранее разработанному проекту.

Модель сыграла немаловажную роль не только для отработки принципиально важных моментов в работе большого ускорителя, но и для подготовки кадров к предстоящим работам на нём. В работе на модели принимали участие молодые специалисты, только что окончившие институты. Векслер придавал этому вопросу большое значение, и при наборе молодых специалистов для работы на синхрофазотроне многих, хотя бы на короткое время, посылал на модель для ознакомления с работами на ускорителе .

В 1953 году на базе строящегося синхрофазотрона создали Электрофизическую лабораторию АН СССР (ЭФЛАН). Её директором назначили В.И. Векслера. Это назначение не было безоблачным. Сооружение большого синхрофазотрона, начатое в 1951 году в Ново-Иваньково, проводилось под командой министерства, а в министерстве были недовольны Векслером и хотели его снять с руководства проектом. Это недовольство легко понять, так как по многочисленным воспоминаниям Векслер был очень невыдержан в общении с людьми. Наконец, в 1952 году, было принято решение о том, чтобы его снять, и поручить доводку синхрофазотрона Константину Назаровичу Мещерякову, министру электротехнической промышленности, который положительно зарекомендовал себя при создании синхроциклотрона. Это решение уже было завизировано И.В. Курчатовым и А.Н. Несмеяновым, президентом Академии наук в то время. Но, когда распоряжение попало к Берии, тот стал возражать и не подписал его. И Векслер остался руководителем .

В 1956 году ИЯП и ЭФЛАН составили основу созданного Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ). Место его расположения стало называться городом Дубной. К тому моменту энергия протонов на синхроциклотроне составляла 680 МэВ, а строительство синхрофазотрона завершалось. С первых дней образования ОИЯИ стилизованный рисунок здания синхрофазотрона стал его официальным символом.

Модель помогла в решении ряда вопросов для ускорителя на 10 ГэВ, однако из-за большой разницы в размерах конструкции многих узлов претерпели значительные изменения. Средний диаметр электромагнита синхрофазотрона составил 60 метров, а вес – 36 тысяч тонн (по своим параметрам он до сих пор остается в Книге рекордов Гиннесса). Возник целый каскад новых сложных инженерных задач, которые в итоге были успешно решены .

Наконец всё было готово для комплексного пуска ускорителя. По распоряжению Векслера им руководил Л.П. Зиновьев . Работы начались в конце декабря 1956 года. По воспоминаниям А.А. Коломенского, большую часть своей неистощимой энергии в то время Векслер тратил на «выколачивание» помощи из внешних организаций и на проведение в жизнь дельных предложений, во многом исходивших от Зиновьева . Векслер высоко ценил в Зиновьеве интуицию экспериментатора , которая сыграла решающую роль и при пуске ускорителя-гиганта.

Следует заметить, что пуск синхрофазотрона не сводился к нажатию одной кнопки, подобно включению телевизора. Он состоял из решения ряда последовательных задач, на что по плану было отведено три месяца. При этом мало кто верил, что ускорительщики смогут уложиться в такой срок . И действительно, долго не удавалось получить так называемый бетатронный режим, который являлся заключительной задачей этапа пуска ускорителя. Было много разных предложений, но ни одно не приводило к успеху. В конце концов, бетатронный режим удалось получить по методу, предложенномуЛ.П. Зиновьевым .Тогда же провели контрольное ускорение. Это произошло 15 марта 1957 года . В итоге синхрофазотрон вопреки ожиданию был пущен в намеченныетри месяца. Векслера в момент запуска на ускорителе не было. Это отсутствие не было случайным, так как непосредственное участие Векслера в пуске ускорителя не входило в его задачу. В то тяжёлое и напряжённое для ускорительщиков время Векслер уже занимался подготовкой предстоящих физических экспериментов на будущем пучке ускоренных протонов. Кроме того, тогда же он принимал самое активное участие в образовании Объединенного института ядерных исследований. Однако, несмотря на огромную занятость, он находил возможность и часто появлялся в ускорительном корпусе и интересовался, как идут дела в отношении пуска. В день получения бетатронного режима Векслер был в Москве. В Дубну он вернулся поздно вечером. Узнав, что синхрофазотрон заработал, он очень обрадовался .

По случаю радостного события, Владимир Иосифович тут же послал своего шофёра М.П. Арапова на ЗИМе в город за ящиком шампанского. Фужерами помимо обычных стаканов стали колбы разбитых ламп, бумажные стаканы. Людей переполняла радость успеха. Этот момент остался в их памяти на всю жизнь. И впоследствии в воспоминаниях о запуске синхрофазотрона часто можно слышать или читать о ящике шампанского, который был доставлен по просьбе Векслера, что создаёт иллюзию его непосредственного участия в знаменательном событии.

На третьей сессии Ученого совета ОИЯИ член-корреспондент АН В.П. Джелепов отметил, что «Зиновьев был во всех отношениях душой запуска и внёс в это дело колоссальное количество энергии и усилий, именно творческих усилий в ходе наладкимашины». А директор Института член-корреспондент Д.И. Блохинцев добавил, что «Зиновьев фактически вынес на себе огромный труд комплексной наладки» .

Запуск синхрофазотрона стал для Л. П. Зиновьева итогом нескольких лет его напряжённой работы по созданию ускорителя, начавшейся в Обнинском в Лаборатории «В» под руководством А. И. Лейпунского.

Дубненскому синхрофазотрону удалось стать рекордным в мире по энергии всего на два года с небольшим. Для ускорителя срок незначительный. Любое промедление лишило бы Векслера его заветной мечты построить самый крупный ускоритель в мире – ведь практически одновременно с дубненским синхрофазотроном в ЦЕРНе сооружался синхрофазотрон на энергию 30 ГэВ, основанный на жёсткой фокусировке. Роль Зиновьева в завоевании этих двух лет неоднократно признавали и сотрудники, участвующие в создании, ускорителя, и сам Векслер. В одной из характеристик он писал: «Успех запуска синхрофазотрона и возможность начала проведения широкого фронта физических работ на нём в значительной степени связаны с участием в этих работах Л.П. Зиновьева» .

К сожалению, ошибочный факт из книги Фейнберга был использован в документальном фильме про Минца (автор сценария Г.Е. Горелик). Этот фильм неоднократно был показан по телеканалу «Культура».

О рождении нового ускорителя в Дубне всему миру сообщила газета «Правда» 11 апреля 1957 года. Интересно, что это известие появилось не сразу после пуска синхрофазотрона 15 марта, а лишь тогда, когда энергия ускорителя, постепенно поднимаемая со дня пуска, превысила энергию 6,3 ГэВ лидирующего в то время американского синхрофазотрона в Беркли. «Есть 8,3 миллиарда электронвольт!» – сообщала газета, извещая, что в Советском Союзе создан рекордный ускоритель. Сбылась заветная мечта Векслера!

Месяц спустя после пуска синхрофазотрона, 16 апреля, энергия протонов достигла проектной величины в 10 ГэВ. Об этом Векслер доложил на второй сессии ученого совета Объединенного института в мае 1957 года . Тогда же директор института Д.И. Блохинцев отметил, что, во-первых, модель синхрофазотрона пустили за полтора года, в то время как в Америке на это ушло около двух лет. Во-вторых, сам синхрофазотрон удалось пустить за три месяца, уложившись в график, хотя поначалу это казалось нереальным. Именно пуск синхрофазотрона принёс Дубне первую всемирную славу.

В эксплуатацию ускоритель был сдан только несколько месяцев спустя после получения проектной энергии, так как оставалось ещё достаточно нерешённых технических задач. Решение всего комплекса этих задач в основном легло на Л.П. Зиновьева как руководителя синхрофазотроном. Здесь уместно привести слова одного из ведущих создателей синхрофазотрона Н.А. Моносзона: «Сегодня совершенно очевидно, что создание современного ускорителя связано не только с решением задач физики ускорения …, но и с решением сложных инженерных проблем. Сегодня без преувеличения можно сказать, что именно инженерные проблемы определяют достижимый уровень энергии и качественные характеристики ускорителей высоких энергий» .

Особенно сложной оказалась задача получения проектной интенсивности ускорителя 10 9 частиц в импульсе . Первоначальная интенсивность составляла всего 10 7 частиц в импульсе . В то время физики в шутку говорили о единице измерения интенсивности в один «векслер», равной один мезон в сезон. Тогда никто не вспоминал, что проблемы с интенсивностью заложены изначально в самом принципе автофазировки. К тому же на интенсивность значительно влияли механические дефекты монтажа и другие причины. Максимальное их устранение позволило к середине 1958 года, то есть практически через год после пуска ускорителя, получить интенсивность 7.5х10 10 частиц в импульсе . Такой срок не смущал Векслера – ведь наладка американского ускорителя в Беркли на энергию 6 ГэВ, магнит которого весил в четыре раза меньше магнита дубненского синхрофазотрона, продолжалась свыше года .

С момента своего пуска синхрофазотрон стал своего рода визитной карточкой СССР. Посмотреть на «восьмое чудо» света, как назвали новый ускоритель тогда, приезжали многие зарубежные известные учёные и высокопоставленные руководители разных стран. Синхрофазотрон поражал не только своей необозримой «грудой железа», а главным образом тем, что эта «груда» работала! И в самую первую очередь это была заслуга Л.П. Зиновьева. Векслер, будучи руководителем всего проекта по созданию синхрофазотрона, решал организационные вопросы. Вся ответственность за решение конкретных инженерно-технических задач ускорительной части проекта была возложена В.И. Векслером на Зиновьева. Зиновьев блестяще в кратчайший срок справился с поставленной труднейшей задачей – синхрофазотрон заработал! И именно за это он был удостоен Ленинской премии. Далеко не всегда, даже простейшие установки, которые теоретически должны работать, работают. Даже обычный лодочный мотор с подробной инструкцией к действию не работает в неумелых руках, а здесь речь шла о первом в СССР синхрофазотроне, с самого начала своего создания претендующего стать рекордным в мире.

Осенью 1957 года по инициативе директора ФИАНа академика Д.В. Скобельцына ведущие организации в создании синхрофазотрона выдвинули 43(!) человека кандидатами на присуждение самой престижной в то время в Советском Союзе Ленинской премии. Скобельцын считал, что от каждого из трёх основных направлений в создании синхрофазотрона (физика ускорения, радиотехника и электротехника) надо представить кандидатов на премию в равной мере .

В октябре 1957 года на расширенном заседании Ученого совета Курчатовского института под председательством самого И.В. Курчатова из этой группы было отобрано 17 человек . По условиям премии коллектив лауреатов не мог превышать 12 человек. В апреле 1959 года были названы их имена: директор Лаборатории высоких энергий ОИЯИ В.И. Векслер, начальник отдела той же лаборатории Л.П. Зиновьев, заместитель начальника Главного управления по использованию атомной энергии при Совете Министров СССР Д.В. Ефремов, директор ленинградского НИИ Е.Г. Комар и его сотрудники Н.А. Моносзон, А.М. Столов, директор московского Радиотехнического института АН СССР А.Л. Минц, сотрудники того же института Ф.А. Водопьянов, С.М. Рубчинский, сотрудники ФИАНа А.А. Коломенский, В.А. Петухов, М.С. Рабинович .

Говоря о синхрофазотроне, нельзя не сказать о практическойшколе ускорительщиков, созданной Л.П. Зиновьевым. Это его ученики, прошедшие «школу синхрофазотрона», пускали ускорители в Серпухове, Ереване, Троицке. Школа всегда подразумевает непосредственное общение учителя и учеников. Вся молодёжь на синхрофазотроне в рабочем порядке общалась непосредственно в основном с Зиновьевым. Это он помог молодым сотрудникам почувствовать уверенность в своих силах, это он передал им первые навыки и знания, полученные в многолетних исканиях .

Мызников, Зиновьев, Капралов, Перфеев, Саранцев, Жильцов, Машинский, Есин

Векслер о школе ускорительщиков,созданной Зиновьевым (стеннограмма Учёного совета ЛЯП 27 февраля 1962 г.): «… у Зиновьева сейчас уже много учеников. …Саранцев, …Мызников, Есин … и т. д. Зиновьев выучил этих людей, они восприняли его методы».

Ю. Антонов, С. Нагдасев, В. Рашевский Г. Иванов, В. Саранцев («За коммунизм», 28 апреля 1962 г.): «Они (Мызников и Есин – Л.З. ) помнят свои первые шаги в науке и своего первого наставника и друга — Леонида Петровича Зиновьева. Это он помог им почувствовать уверенность в своих силах, это он передал им первые навыки и знания, полученные в многолетних исканиях. … Мы очень благодарны Леониду Петровичу за тот опыт, который мы получили в дни напряжённой работы по запуску синхрофазотрона».

У Векслера с Зиновьевым был договор, что после пуска ускорителя и доведения его до рабочего состояния Зиновьев вернётся в ФИАН. Однако Векслер упросил его остаться, считая, что больше никому не мог бы доверить руководство синхрофазотроном [Частное сообщение Л.П. Зиновьева]. Зиновьев согласился и руководил работой ускорителя более тридцати лет. Под его руководством и при непосредственном участии ускоритель постоянно совершенствовали. Зиновьев любил синхрофазотрон и очень тонко чувствовал дыхание этого железного исполина. По его словам, не было ни одной, даже самой малой детали ускорителя, которую бы он не потрогал и не знал её назначения.

Синхрофазотрон оставался в строю сорок пять лет. За это время на нём был сделан ряд открытий. Модель синхрофазотрона в 1960 году переделали в ускоритель электронов, до сих пор работающий в ФИАНе [Письменное сообщение А.А. Комара].

В.И. Векслер и Л.П. Зиновьев стали почётными гражданами Дубны.

Говоря о судьбе легендарного ускорителя, нельзя забывать, что поступательное движение науки и техники невозможно остановить. И рано или поздно любое техническое устройство устаревает. Да, сегодня уже никто не будет строить подобный ускоритель, так же, как и пользоваться услугами арифмометра. Но решение многих задач, определивших прогресс в создании современных ускорителей, было бы невозможным без создания дубненского синхрофазотрона. Он, как и первый паровоз Стивенсона, как и первый космический корабль «Восток», есть неотъемлемая ступенька в научном и техническом развитии.

В истории любой установки всегда выделяются три основных периода: её создание, рабочий период и её судьба после закрытия. Периоды создания и рабочий для дубненского синхрофазотрона полностью закончены, так как в 2002 году его закрыли для экспериментов. Полная оценка рабочего периода ускорителя ещё впереди. Судьба ускорителя после закрытия до конца ещё не ясна. Сейчас уже многие элементы синхрофазотрона разобраны за ненадобностью, а в его здании создаётся новый ускорительный комплекс. Удастся ли ОИЯИ сохранить для потомков хотя бы внешний вид легендарного ускорителя, который был символом своей эпохи, покажет время.

Благодарность

Автор выражает благодарность за помощь в получении необходимых документов в работе над статьёй Л.П. Стрелковой, Ю.В. Фролову, Н.В. Селезнёвой, Н.Г. Полухиной, В.М. Березанской, Т.Г. Красновой, Р. Позе, Е.В. Лобко, Е.Н. Шамаевой.

Литература

1. Атомный проект СССР. М.: Наука, Т. 1, ч. 1, 1998. 432 с.
2. Атомный проект СССР. М.: Наука, Т.1, ч. 2, 2002. 798 с.
3. Атомный проект СССР. М.: Наука, Т. 2, книга 1, 1999. 719 с.
4. Атомный проект СССР. М.: Наука, Т. 2, книга 2, 2000. 640 с.
5. Атомный проект СССР. М.: Наука, Т. 2, книга 3, 2002. 896 с.
6. Атомный проект СССР. М.: Наука, Т. 2, книга 4, 2003. 815 с.
7. Ливингуд Дж. Принципы работы циклических ускорителей. М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. 494 с.
8. Ускорители. Перевод с англ. и нем. Под ред. Б. Н. Яблокова. М.: Госатомиздат, 1962. 560 с.
9. Гринберг А.П. Методы ускорения заряженных частиц. М.; Л.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1950. 384 с.
10. Михаил Григорьевич Мещеряков: К 90-летию со дня рождения. Дубна.: ОИЯИ, 2000. 371 с.
11. Головин И.Н. И.В. Курчатов. М.: Атомиздат, 1972. 112 с.
12. Векслер В.И . Новый метод ускорения релятивистских частиц. //ДАН СССР. 1944. Т. 43, №8. С. 346–348.
13. Векслер В.И . О новом методе ускорения релятивистских частиц. //ДАН СССР. 1944. Т. 44, №9. С. 393–396.
14. Воспоминания о В.И. Векслере. М.: Наука, 1987. 296 с.
15. Владимир Иосифович Векслер. Дубна.: ОИЯИ, 2003. 408 с.
16. А.И. Лейпунский. Избранные труды. Воспоминания. Киев.: Наукова думка, 1990. 279 с.
17. Ливингстон М.С. Ускорители. М.: Изд-во иностранной литературы, 1956. 148 с.
18. Казачковский О.Д. Физик на службе атома. М.: Энергоатомиздат, 2002. 144 с.
19. Рабинович М.С . Основы теории синхрофазотрона. // Труды физического института. Т. Х. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1958. С. 23 – 173.
20. Ланге Ф.Ф., Шпинель В.С. Методы получения быстрых корпускулярных лучей. //Известия Академии наук СССР. 1940. Т. 4, №2. С. 353–365.
21. Veksler V. A new method of acceleration of relativistic particles. //Journal of Physics. 1945. V. IX, No.3. P. 153–158.
22. McMillan E. The synchrotron. A proposed high energy particle accelerator. //Phys. Rev. 1945. V. 68. P. 143–144.
23. Фейнберг Евгений Львович: Личность сквозь призму памяти. М.: Физматлит, 2008. 400 с.
24. Хроника событий истории государственного научного центра Российской федерации – Физико-энергетического института за 50 лет (1946 – 1996).: ГНЦ РФ ФЭИ имени А.И. Лейпунского, 1996. 72 с.
25. Рабинович М.С. Воспоминания. Преподавание физики в высшей школе. Научно-методический журнал. №27., М.: Московский педагогический государственный университет, 2003. 135 с.
26. Фейнберг Е. Л. Эпоха и личность. Физики. М.: Наука. 1999. 302 с.
27. Фейнберг Е.Л. Эпоха и личность. Физики. 2-е изд. М.: Физматлит. 2003. 415 с.
28. Хилл Р. По следам частиц. М.: Мир. 1966. 172 с.
29. Архив ОИЯИ. Приказ по Лаборатории высоких энергий ОИЯИ №12. 1957.
30. Архив Курчатовского института. Выписка из протокола заседания научно-технического совета Института атомной энергии Академии наук СССР от 30-го октября 1957 года.
31. Архив ОИЯИ. Стенограмма заседания 2-й сессии Учёного совета ОИЯИ. Ф.1, ед. хр. 35
32. Архив ОИЯИ. Стенограмма заседания 3-й сессии Учёного совета ОИЯИ. Ф.1, ед. хр. 37
33. Архив ОИЯИ. Стенограмма заседания 4-й сессии Учёного совета ОИЯИ. Ф.1, ед. хр. 69
34. Архив РАН. (Архив ФИАН) Ф. 532, оп.1, №308.
35. Зиновьев Л.П. Этапы большого пути. // Дубна: Наука. Содружество. Прогресс. 1997. 12 марта. С. 3.
36. «Правда», 22 апреля 1959. С.1.
37. Шафранова М.Г. Объединённый институт ядерных исследований: Информационно-биографический справочник. Изд. 2-е. М.: Физматлит. 2002. 288 с.
38. Архив РАН. (Архив ФИАН) Ф. 532, оп. 1, №200.
39. Из поколения победителей. // Дубна: Наука. Содружество. Прогресс. 1982. №16. С. 6.
40. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, Т. 5, 1966. 576 с.
41. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, Т.4, 1965. 592 с.
42. Дубна. Остров стабильности: Очерки по истории Объединённого института ядерных исследований (1956–2006 гг.) М.: Академкнига, 2006. 643 с.
43. История советского атомного проекта. Сп/б.: Изд-во Русского Христианского гуманитарного института, выпуск 2, 2002. 656 с.
44. Зиновьева Л.Л. К вопросу об авторстве открытия автофазировки// Исследования по истории физики и механики. 2008. – М.: Физматлит, 2009, 416 с., С.213–233.
45. «За коммунизм», 28 апреля 1962. С. 3.

Технологии в СССР развивались стремительно. Чего только стоит запуск первого искусственного спутника Земли, за которым наблюдал весь мир. Мало кто знает, что в тот же 1957 год в СССР заработал (то есть был не просто достроен и введен в эксплуатацию, а именно запущен) синхрофазотрон. Слово это обозначает установку для разгона элементарных частиц. Практически каждый сегодня слышал про Большой адронный коллайдер - он представляет собой более новую и усовершенствованную версию описанного в данной статье устройства.

Что это - синхрофазотрон? Для чего он нужен?

Эта установка представляет собой большой ускоритель элементарных частиц (протонов), который позволяет более глубоко изучить микромир, а также взаимодействие этих самых частиц друг с другом. Способ изучения очень прост: разбить протоны на мелкие части и посмотреть, что находится внутри. Звучит все просто, но сломать протон - это чрезвычайно сложная задача, для решения которой потребовалось строительство столь огромного сооружения. Здесь по специальному тоннелю частицы разгоняются до огромных скоростей и затем направляются на мишень. Ударившись о нее, они разлетаются на мелкие осколки. Ближайший "коллега" синхрофазотрона, Большой адронный коллайдер, действует приблизительно по такому же принципу, вот только там частицы разгоняются в противоположных направлениях и ударяются не о стоячую мишень, а сталкиваются друг с другом.

Теперь вы немного понимаете, что это - синхрофазотрон. Считалось, что установка позволит сделать научный прорыв в области исследования микромира. В свою очередь, это позволит открыть новые элементы и способы получать дешевые источники энергии. В идеале хотели открыть элементы, превосходившие по эффективности и являющиеся при этом менее вредными и более простыми в утилизации.

Применение в военных целях

Стоит отметить, что создавалась данная установка для осуществления научно-технического прорыва, однако ее цели были не только лишь мирными. Во многом научно-технический прорыв обязан гонке военных вооружений. Синхрофазотрон был создан под грифом "Совершенно секретно", и его разработка и строительство проводились в рамках создания атомной бомбы. Предполагалось, что устройство позволит создать совершенную теорию ядерных сил, однако все оказалось не так просто. Даже сегодня эта теория отсутствует, хотя технический прогресс шагнул далеко вперед.

простыми словами?

Если обобщить и говорить понятным языком? Синхрофазотрон - это установка, где протоны можно разогнать до большой скорости. Она состоит из закольцованной трубы с вакуумом внутри и мощных электромагнитов, которые не дают протонам двигаться хаотично. Когда протоны достигают своей максимальной скорости движения, их поток направляется на специальную мишень. Ударяясь о нее, протоны разлетаются на мелкие осколки. Учены могут видеть следы разлетающихся осколков в специальной пузырьковой камере, и по этим следам они анализируют природу самих частиц.

Пузырьковая камера - это немного устаревшее устройство для фиксации следов протонов. Сегодня в подобных установках применяются более точные радары, дающие больше информации о движении осколков протонов.

Несмотря на простой принцип синхрофазотрона, сама эта установка является высокотехнологичной, и ее создание возможно только при достаточном уровне технического и научного развития, которым, безусловно, обладал СССР. Если приводить аналогию, то обычный микроскоп является тем устройством, предназначение которого совпадает с назначением синхрофазотрона. Оба прибора позволяют исследовать микромир, только последний позволяет "копнуть глубже" и имеет несколько своеобразный метод исследования.

Подробно

Выше была описана работа прибора простыми словами. Разумеется, принцип действия синхрофазотрона является более сложным. Дело в том, что для разгона частиц до высоких скоростей необходимо обеспечить разность потенциалов в сотни миллиарды вольт. Это невозможно даже на нынешнем этапе развитии технологий, не говоря уже о предыдущем.

Поэтому было принято решение разгонять частицы постепенно и гонять их по кругу долго. На каждом кругу протоны подпитывались энергией. В результате прохождения миллионов оборотов удалось набрать требуемую скорость, после чего их направляли в мишень.

Именно такой принцип применялся в синхрофазотроне. Сначала по тоннелю частицы двигались с небольшой скоростью. На каждом круге они попадали на так называемые промежутки ускорения, где получали дополнительный заряд энергии и набирали скорость. Эти участки ускорения являются конденсаторами, частота переменного напряжения которых равна частоте прохождения протонов по кольцу. То есть частицы попадали на участок ускорения при отрицательном заряде, в этот момент напряжение резко возрастало, что придавало им скорости. Если же частицы попадали на участок ускорения при положительном заряде, то их движение притормаживалось. И это - положительная особенность, так как из-за нее весь пучок протонов двигался с одной скоростью.

И так повторялось миллионы раз, и когда частицы приобретали требуемую скорость, их направляли в специальную мишень, о которую те разбивались. После группа ученых изучала результаты столкновения частиц. Вот по такой схеме синхрофазотрон и работал.

Роль магнитов

Известно, что в этой огромной машине по ускорению частиц применялись также мощные электромагниты. Люди ошибочно полагают, что они использовались для разгона протонов, но это не так. Разгонялись частицы с помощью специальных конденсаторов (участков ускорения), а магниты лишь удерживали протоны в строго заданной траектории. Без них последовательное движение пучка элементарных частиц было бы невозможно. А высокая мощность электромагнитов объясняется большой массой протонов при высокой скорости движения.

С какими проблемами столкнулись ученые?

Одна из главных проблем при создании этой установки заключалась именно в разгоне частиц. Конечно, им можно было придавать ускорение на каждом круге, однако при ускорении их масса становилась выше. При скорости движения, близкой к скорости света (как известно, ничто не может двигаться быстрее скорости света), их масса становилась огромной, из-за чего удерживать их на круговой орбите было сложно. Из школьной программы нам известно, что радиус движения элементов в магнитом поле обратно пропорционален их массе, поэтому с ростом массы протонов приходилось увеличивать радиус и использовать большие сильные магниты. Подобные законы физики сильно ограничивают возможности для исследования. Кстати, ими же можно объяснить, почему синхрофазотрон получился таким огромным. Чем большим будет тоннель, тем большие магниты можно установить для создания сильного магнитного поля для удержания нужного направления движения протонов.

Вторая проблема - потеря энергии при движении. Частицы при прохождении по окружности излучают энергию (теряют ее). Следовательно, при движении на скорости часть энергии улетучивается, и, чем выше скорость движения, тем выше и потери. Рано или поздно наступает момент, когда величины излучаемой и получаемой энергии сравниваются, что делает невозможным дальнейший разгон частиц. Следовательно, возникают потребности в больших мощностях.

Можно сказать, что мы теперь более точно понимаем, что это - синхрофазотрон. Но чего именно добились ученые в ходе испытаний?

Какие исследования проводились?

Естественно, работа этой установки не прошла бесследно. И хотя от нее ожидали получить более серьезные результаты, некоторые исследования оказались крайне полезными. В частности, ученые изучили свойства ускоренных дейтронов, взаимодействий тяжелых ионов с мишенями, разработали более эффективную технологию для утилизации отработанного урана-238. И хотя для обычного человека все эти результаты мало о чем говорят, в научной сфере их значимость сложно переоценить.

Применение результатов

Результаты проводимых на синхрофазотроне испытаний применяются даже сегодня. В частности, они используются при строительства электростанций, работающих на применяются при создании космических ракет, робототехники и сложного оборудования. Безусловно, вклад в науку и технический прогресс этого проекта достаточно большой. Некоторые результаты применяются и в военной сфере. И хотя ученым не удалось открыть новые элементы, которые можно было бы использовать для создания новых атомным бомб, на самом деле никто не знает, правда это или нет. Вполне возможно, что от населения скрывают некоторые результаты, ведь стоит учитывать, что данный проект был реализован под грифом "Совершенно секретно".

Заключение

Теперь вы понимаете, что это - синхрофазотрон, и какова его роль в научно-техническом прогрессе СССР. Даже сегодня подобные установки активно используются во многих странах, вот только есть уже более усовершенствованные варианты - нуклотроны. Большой адронный коллайдер является, пожалуй, самой лучшей на сегодняшний день реализацией идеи синхрофазотрона. Применение этой установки позволяет ученым точнее познавать микромир за счет сталкивания двух пучков протонов, движущихся на огромных скоростях.

Что касается нынешнего состояния советского синхрофазотрона, то он был переделан в ускоритель электронов. Сейчас работает в ФИАНе.

Что такое синхрофазотрон?

Для начала немного углубимся в историю. Потребность в данном устройстве впервые возникла в 1938 году. Группа ученых-физиков Ленинградского ФТИ обратилась к Молотову с заявлением, что СССР нужна исследовательская база для изучения строения атомного ядра. Аргументировали данную просьбу тем, что подобная область изучения играет очень важную роль, а на данный момент Советский Союз несколько отстает от западных коллег. Ведь в Америке на то время уже имелось 5 синхрофазотронов, в СССР же ни одного. Было предложено завершить постройку уже начатого циклотрона, развитие которого приостановилось из-за слабого финансирования и отсутствия компетентных кадров.

В конце концов, было принято решение о строительстве синхрофазотрона, и во главе сего проекта стоял Векслер. Строительство было завершено в 1957 году. Так что же такое синхрофазотрон? Попросту говоря, – это ускоритель частиц. Он предает частицам огромной кинетической энергии. В его основе лежит переменчивое ведущее магнитное поле и изменяемая частота главного поля. Такое сочетание позволяет удерживать частицы на постоянной орбите. Используется это устройство для изучения разнообразнейших свойств частиц и их взаимодействия на высоких энергетических уровнях.

Аппарат имеет очень интригующие габариты: он занимает целый корпус университета, его вес равен 36 тыс. тонн, а диаметр магнитного кольца – 60 м. Довольно внушительные размеры для устройства, основной задачей которого является изучение частиц, размеры которых измеряются в микрометрах.

Принцип работы синхрофазотрона

Очень многие ученые физики пытались разработать устройство, которое давало бы возможность разгонять частицы, предавая им огромной энергии. Именно решением этой проблемы и является синхрофазотрон. Как же он работает и что лежит в основе?

Начало было положено циклотроном. Рассмотрим принцип его действия. Ионы, которые будут ускорять, попадают в вакуум, где находится дуант. В это время на ионы происходит воздействие магнитным полем: они продолжают двигаться по оси, набирая скорость. Преодолев ось и попав в следующий зазор, начинается набор ими скорости. Для большего ускорения требуется постоянный прирост радиуса дуги. При этом время прохождения будет постоянным, не смотря на увеличение расстояния. Из-за роста скорости наблюдается прирост массы ионов.

Такое явление влечет за собой потерю в наборе скорости. Это и есть основной недостаток циклотрона. В синхрофазотроне данная проблема полностью устранена – за счет изменения индукции магнитного поля с привязанной массой и одновременного изменения частоты перезарядки частиц. То есть, энергия частиц наращивается за счет электрического поля, задавая направление за счет наличия магнитного поля.