192
Глава 1.
пересыщенным паром, в которых испущенные частицы будут оставлять свои следы, или с помощью пластин с фотоэмульсиями, на которых эти траектории (треки) будут проявляться. Сами же частицы предварительно пропускаются через систему отклоняющих пластин, создающих электрическое поле и между полюсами магнитов. По трекам частиц и можно будет оценить, какие именно частицы выбиты, какими параметрами они обладают, и какое время жизни имеют.
Именно этой логикой и руководствовались конструкторы ускорителей заряженных частиц [28-31]. Ускорители частиц использовались, в первую очередь, для исследования природы атомных ядер, но в дальнейшем нашли широкое применение во многих областях в химии, биохимии, геофизике и др. Расширяется применение ускорителей в металлургии для выявления дефектов деталей и конструкций (дефектоскопия), в деревообрабатывающей промышленности - для быстрой высококачественной обработки изделий, в пищевой промышленности - для стерилизации инструментов и продуктов, в медицине - для лучевой терапии и для «бескровной хирургии» и в ряде других отраслей.
Толчком к развитию ускорителей заряженных частиц послужили исследования строения атомного ядра, требовавшие потоков заряженных частиц высокой энергии. Применявшиеся вначале естественные источники заряженных частиц - радиоактивные элементы - были ограничены как по интенсивности, так и по энергии испускаемых частиц. С момента осуществления первого искусственного превращения ядер (Э.Резрфорд, 1919) с помощью потока альфа-частиц от радиоактивного источника начались поиски способов получения пучков ускоренных частиц.
Краткая история развития ускорителей изложена в [29]. В 1919-32 гг. использовались ускорители, разгоняющие частицы с помощью высоких напряжений, но затем стали применяться электростатические генераторы (1931) и каскадные генераторы (1932), на которых получали частицы с энергией порядка одного МэВ (миллиона электрон-Вольт). С их помощью в 1932 г. впер¬
Нуклоны и атомные ядра
193
вые была осуществлена ядерная реакция расщепления ядра лития протонами.
Период 1931-1944 гг. время зарождения и расцвета резонансного методов ускорения, при котором ускоряемые частицы многократно проходят ускоряющий промежуток, набирая большую мощность даже при умеренном ускорении. Основанные на этом методе циклические ускорители - циклотроны вскоре обогнали в своем развитии электростатические ускорители. На них была достигнута энергия протонов порядка 10-20 МэВ.
Разработка ускорителей современного типа началась в 1944 г., когда был открыт в СССР и независимо в США метод автофа- зировки, действующий в резонансных ускорителях и позволяющий существенно повысить энергию ускоренных частиц. На этой основе были предложены синхротрон, фазотрон, синхрофазотрон и микротрон. В это же время развитие радиотехники сделало возможным создание эффективных линейных ускорителей электронной и тяжелых частиц.
В начале 50-х годов был предложен принцип знакопеременной фокусировки частиц, существенно повысивший технический предел достижимых энергий в циклических и линейных ускорителях., и в последующие десятилетия реализовывались именно эти идеи.
В 1957 г. в СССР в Дубне был запущен самый крупный для того времени синхрофазотрон, в 1966 г., на 22 ГэВ был запущен в 1966 г. в Станфорде (США), а в 1967 г. в СССР в г. Протвино под Серпуховым был запущен крупнейший для того времени синхрофазотрон на 76 ГэВ, длина туннеля которого составляет 22 км, в котором находятся 6 тыс. магнитов, охлаждаемых жидким гелием.
В настоящее время создан ряд синхрофазотронов нового поколения на встречных пучках, в которых предполагается получать частицы с энергией в сотни ГэВ. Самый крупный из них - Большой адронный коллайдер (БАК) с длиной туннеля в 26,65 км построен в Европейском центре ядерных исследований в ЦЕРНе
