Синхроциклотрон , или синхроциклотрон ( SC ), построенный в 1957 году, был первым ускорителем ЦЕРНа . Он был расположен в окружности и обеспечивал первые эксперименты ЦЕРНа в области элементарных частиц и ядерной физики . Он ускорял частицы до энергий до600 МэВ . Первый камень в фундамент ЦЕРНа был заложен на месте синхроциклотрона первым генеральным директором ЦЕРНа Феликсом Блохом . [1] После исключительно долгой 33-летней службы ЦЕРН был выведен из эксплуатации в 1990 году. В настоящее время он принимает посетителей в качестве выставочной площадки в ЦЕРНе.
Синхроциклотрон (как общая идея) был изобретен Эдвином Макмилланом в 1945 году . Его основная цель — ускорение заряженных частиц, таких как протоны и дейтроны . Машина состоит из двух полых металлических электродов D-образной формы (называемых «дуантами») с зазором между ними, подключенных к источнику переменного напряжения радиочастоты (РЧ) . Эти дуанты размещены на плоскости таким образом, что их отверстия на плоских сторонах смотрят друг на друга. Частицы внутри синхроциклотрона могут ускоряться от одного дуанта к другому силой, создаваемой электрическим полем между дуантами. Частицы, ускоренные между дуантами этим методом, вращаются магнитным полем , создаваемым двумя большими магнитами, размещенными под и над структурой. Машина продолжает ускорять частицы, чередуя направление электрического поля, пока они не достигнут максимального радиуса, а затем извлекает их через лучевую трубку и отправляет их к цели или другой машине. На протяжении всего процесса частота уменьшается, чтобы компенсировать релятивистское увеличение массы из-за скорости частиц, приближающейся к скорости света .
В конце 1951 года в Париже состоялось заседание ЮНЕСКО по вопросу о новой европейской организации по ядерным исследованиям . На заседании синхроциклотронная машина была предложена в качестве идеального решения для ускорителя средней энергии, который можно было бы использовать до тех пор, пока не будет построен более мощный ускоритель. Позже, в мае 1952 года, на первом заседании совета предложенной организации Корнелис Баккер был назначен директором Группы по изучению синхроциклотрона. [2] Через месяц в отчете под названием «Временная программа Группы по изучению синхроциклотрона» группа решила, что им понадобится конструкция, которая могла бы обеспечить протоны с энергией 600 МэВ. Первоначальная цель группы была заявлена как указание объема работы, которую необходимо выполнить, и изучение и/или проектирование необходимых элементов. После предварительных исследований первое заседание Группы по изучению синхроциклотрона состоялось в Копенгагене в середине июня. Решения, принятые на встрече, включали несколько поездок для осмотра подобных машин по всему миру, установление контактов для поиска соответствующих компаний, которые могут изготовить необходимые детали, и подготовку основных чертежей машины. После второй встречи в Амстердаме в августе был подготовлен отчет о ходе работ от 1 октября 1952 года для представления на заседании Европейского совета по ядерным исследованиям , которое должно было состояться в Амстердаме в октябре. Согласно отчету, группа намеревалась завершить свою работу за год и представить полный отчет Европейскому совету по ядерным исследованиям. К отчету был приложен предварительный чертеж SC, в котором говорилось, что работа группы продвигается «удовлетворительно», и они сотрудничают «адекватно». [2]
В 1953 году, после года исследований, встреч и отчетов, началось проектирование синхроциклотрона . Строительство машины началось в 1954 году на площадке в Мейрене , детали прибывали со всей Западной Европы. В конце 1955 года Вольфганг Гентнер стал директором группы по изучению синхроциклотрона, а бывший директор Корнелис Баккер стал генеральным директором ЦЕРНа. [3] Исследовательская программа для синхроциклотрона начала планироваться, чтобы иметь возможность начать эксперименты как можно скорее. [4] SC был готов произвести свой первый пучок в августе 1957 года, практически в предусмотренную дату. В пресс-релизе ЦЕРНа от 16 августа 1957 года говорилось, что SC, как третий по величине ускоритель такого типа в мире, начал работать на полную мощность. [5] В конце 1958 года синхроциклотрон внес свой первый важный вклад в ядерную физику, открыв редкий электронный распад пионной частицы. Это открытие очень помогло теоретикам, доказав, что этот распад действительно происходит. [6] Синхроциклотрон использовался в среднем 135 часов в неделю в течение 1961 года; он работал непрерывно каждый день недели, кроме понедельников, которые были зарезервированы для технического обслуживания. Синхроциклотрон ускорял струю протонов 54 раза в секунду, до скорости приблизительно 240 000 километров в секунду (80% процентов от скорости света ). [7]
В мае 1960 года в Вене были опубликованы планы по созданию изотопного сепаратора . Этот изотопный сепаратор был построен Группой ядерной химии ЦЕРНа (NCG) и использовался при измерениях скоростей производства радионуклидов , производимых в синхроциклотроне. Высокие скорости производства, наблюдавшиеся во время этих измерений, доказали, что SC является идеальной машиной для экспериментов по производству редких изотопов в режиме реального времени . [8] В апреле 1963 года группа физиков встретилась в ЦЕРНе, чтобы обсудить проект изотопного сепаратора . В конце 1964 года было подано официальное предложение по проекту, которое было принято Генеральным директором ЦЕРНа. [9] В том же году синхроциклотрон начал концентрироваться только на ядерной физике , оставив физику элементарных частиц более мощному ускорителю, построенному в 1959 году, протонному синхротрону . В мае 1966 года синхроциклотрон был закрыт для проведения крупных модификаций. До середины июля производительность SC и связанных с ним объектов была улучшена. Также был построен новый туннель для внешнего протонного пучка в новый подземный зал для нового изотопного сепаратора. [10] В 1967 году он начал поставлять пучки для специализированной радиоактивно-ионной установки под названием ISOLDE , которая до сих пор проводит исследования в диапазоне от чистой ядерной физики до астрофизики и медицинской физики .
В 1969 году началась подготовка к увеличению интенсивности пучка и улучшению эффективности вывода пучка SC. Он был закрыт в июне 1973 года для модификаций. Значительно улучшенная машина снова начала работать для физических исследований под новым названием SC2 в январе 1975 года. [11] В 1990 году ISOLDE был переведен в Proton Synchrotron Booster , и SC окончательно закрылся после 33 лет службы. [12]
Служивший хранилищем с момента закрытия в 1990 году, SC и его здание, зал SC, были отремонтированы в 2012-2013 годах [13], чтобы стать выставочной площадкой для посетителей, открытие которой состоялось в сентябре 2013 года. [14] Выставка включает в себя мультимедийное шоу о рождении ЦЕРНа и синхроциклотрона. Используя технологию проекционного отображения , она отображает симуляции ускоренных частиц на SC и демонстрирует его части. Физики SC — и пионеры ЦЕРНа — Джузеппе и Мария Фидекаро представлены в шоу. [15] Некоторые предметы и инструменты, которые использовались во время запуска синхроциклотрона, также находятся в зале для посетителей. [16]
Ниже приведен список некоторых видов физической деятельности, проводимых в SC. [17] [18] [19]
{{cite book}}: |website=проигнорировано ( помощь )46°13′58.7136″с.ш. 6°03′9.9468″в.д. / 46.232976000°с.ш. 6.052763000°в.д. / 46.232976000; 6.052763000