Могилёвский фестиваль науки Регистрация | Вход | RSS

4. Как разгоняют частицы?
15.10.2018, 18:49

    Вообразите себе обычный баллон со сжатым водородом. Именно с него начинается работа самого большой ускорителя элементарных частиц в мире.

Первый этап. Атомы водорода поступают в камеру подачи линейного ускорителя строго отмеренными порциями. Там, сила Кулона, действующая со стороны  электрического поля, разрывает их на  электроны (-) и ядра водорода - протоны (+).

Вот какие они маленькие:

 

Затем сила Кулона разгоняет протоны до очень высоких скоростей.

    Дальше их сталкивают друг с другом, чтобы расколоть на более мелкие составляющие. Кстати, эта модель повторяет те действия, которые происходили в момент Большого Взрыва. После протоны отправляют в линейный ускоритель. На выходе отсюда протоны будут двигаться со скоростью, равной 1/3 скорости света.

Второй этап  - попадание в бустер. Частицы разделяют на 4 части, чтобы максимально увеличить плотность их потока. Каждая часть поступает в отдельное кольцо бустера. Длина каждого кольца 137 м. Здесь происходит круговое ускорение, поскольку линейное уже не эффективно. 

    Чтобы придать большую скорость, частицы проходят по кругу много раз, причём на них воздействуют пульсирующим электрическим полем. Нужное направление регулируют поворотными бипольными магнитами.  Квадрупольные магниты собирают их в плотный пучок. Здесь их разгоняют до 91,6% скорости света.

Третья ступень. Протоны из всех четырёх колец собираются вместе и поступают в фотонный синхротрон. Длина синхротрона 628 м. Это расстояние протоны проходят за 1,2 секунды разгоняясь до 99.9% скорости света. На этом этапе энергия каждой частицы равняется примерно 25 ГэВ.

1эВ=1,6*10-19Дж

Четвёртой стадия - протонный супер синхротрон. Огромное 7-ми километровое кольцо. Его задача принять протоны с таким запасом энергии и увеличить его до 450 ГэВ.

    Через некоторое время частицы будут готовы к перемещению в Большой Адронный Коллайдер.

Это самая интересная, пятая часть. БАК расположен глубоко под землёй и растянут на 27 км. В нём проложены 2 вакуумных трубы. По ним в противоположном направлении движутся пучки протонов. С помощью специальных устройств новые порции протонов поступают так, чтобы не мешать уже загруженным. Эти трубы пресекаются в четырёх точках, где стоят детекторы. Здесь протоны могут встречаться друг с другом.

При столкновения энергия каждого пучка увеличивается в двое. Детекторы позволяют учёным следить за изменениями в местах столкновений. За полчаса в БАК поступают около 2800 порций частиц. Все это время коллайдер придаёт нашим частицам энергии. Каждую секунду, протоны проходят это круг более 11 тысяч раз, постоянно получая импульсы электрического поля. Энергия каждого протона составляет уже 6,5 ТэВ . Такой же энергией обладает поезд из 10 вагонов, движущийся со скоростью 150 км/ч. Круговое движение сохраняет всё тоже магнитное поле. Оно так велико, что его электромагниты должны выдерживать электрический ток силой в 12 кА (проводник-токовводник на фотографии). А всё благодаря прекрасному охлаждению жидким азотом, и жидким гелием до 1.9 К, в результате которого проводники переходят в сверхпроводящее состояние.

     Теперь протоны готовы к столкновению. Магниты регулируют нужную траекторию. Общая энергия двух сталкивающихся протонов равна 13 ТэВ. Это всплеск наблюдается в течении 2-ух секунд после столкновения. Траектория выделившихся в результате частиц анализируются компьютерами, к которым подключены детекторы.

 
 
Категория: АДРОША | Добавил: a-pletnev
Просмотров: 279 | Загрузок: 0 | Комментарии0
avatar