«Массовый ускоритель», основанный на явлении выталкивания сверхпроводящего замкнутого тока в «снаряде» под влиянием магнитно-дипольного взаимодействия этого тока с замкнутыми токами мощных катушек, расположенных вдоль ствола и включающихся синхронно, был предложен еще в 1974 году в качестве средства для доставки минералов, руд, богатых алюминием, с Луны. Однако теоретические расчеты показали, что подобные же «массовые ускорители» могут быть построены и на Земле и использоваться для запуска космических аппаратов. Длина таких «пушек» должна быть несколько километров.
С помощью электромагнитов удалось надежно очищать зерно на мельницах от случайно попавших в него железных предметов.
Новые устройства могут найти себе применение и в термоядерной физике. Впрочем, у «массовых ускорителей» есть не только сторонники, но и противники. Будущее покажет их целесообразность и рентабельность в технике.
Для нас же важно то, что еще далеко не все возможности электромагнита использованы людьми.
На старом синхроциклотроне
Если выехать из Ленинграда по шоссе на юг, то минут через сорок мелькнет справа на обочине большая бетонная плита с надписью «Гатчина» и с контурным рисунком, на котором у старинной башни с высоким шпилем начертан символ атома. В древней Гатчине находится гордость ленинградцев — Ленинградский институт ядерной физики (ЛИЯФ) имени Б. П. Константинова Академии наук СССР, один из самых молодых исследовательских центров нашей страны. Здесь ведутся фундаментальные исследования по проблемам ядерной физики, по физике элементарных частиц, физике твердого тела, по молекулярной радиобиологии и по проблемам прикладных наук.
Однажды меня и еще двух ленинградских писателей пригласили в институт на «Праздник книги». Ученые, даже те, кто занимается сложными теоретическими вопросами мироздания, любят читать: кто приключения и фантастику, кто исторические книжки о прошлом науки, о политике, о дипломатии и войнах, а кто и «про любовь». Мы втроем и представляли все три вида перечисленной литературы. Прежде чем ехать, мы поставили условие — побывать на ускорителе.
Мне хотелось еще раз осмотреть его огромный электромагнит, поскольку я писал книжку рассказов об электричестве. Товарищи мои интересовались научными буднями физиков.
Вы ведь, наверное, знаете, что ускорители заряженных частиц делятся на линейные и циклические. В линейных ускорителях заряженные частицы летят по прямой, подгоняемые нарастающим электрическим полем. А в циклических ускорителях (в бетатронах и фазотронах, синхротронах и циклотронах, синхрофазотронах и синхроциклотронах) частицы много раз проходят через ускоряющее устройство, двигаясь по круговой орбите в поперечном магнитном поле сильного электромагнита.
Ускорители заряженных частиц находят очень широкое применение как в науке, так и в современной технике. Они используются в ядерной физике и физике высоких энергий, в дефектоскопии, для получения изотопов, для ускорения химических реакций и еще для множества промышленных применений, равно как в медицине и в биологии…
Циклотрон в принципе состоит из трех основных частей: большого и мощного электромагнита, генератора переменного напряжения высокой частоты и вакуумной камеры с небольшим количеством какого-нибудь газа в ней. Раскаленная вольфрамовая нить в центре камеры испускает электроны. Под воздействием не очень большого, порядка тысячи вольт, электрического напряжения они ускоряются и разбивают атомы газа на заряженные частицы — ионы, то есть ионизируют газ. Мощное магнитное поле заворачивает заряженные частицы, и они начинают кружиться в камере. Если теперь надеть на вакуумную камеру два электрода в виде половинок консервной банки и подвести к ним переменное напряжение, то ионы под действием этого напряжения станут разгоняться. Траектории их полета из окружности превратятся в спирали, и на последнем витке частицы можно вывести из циклотрона через какое-нибудь специальное окно и направить на требуемую мишень. Принцип циклического ускорения сегодня, пожалуй, самый распространенный.
Гатчина и пол века назад была тихим городком.
Современный магнит «Гиперон-1»
Экспериментальная линия поезда на «магнитной подушке»
Одна из первых таких машин была построена у нас в Советском Союзе, а еще точнее, в Ленинграде, под руководством Игоря Васильевича Курчатова в 1932 году. Это был, конечно, очень скромный прибор. Но, накопив опыт, группа Курчатова взялась за проектирование циклотрона для Ленинградского физико-технического института. Этот ускоритель должен был стать самым большим в Европе. Пуск машины намечался на первое января 1942 года. Но 22 июня 1941 года началась Великая Отечественная война…
По окончании второй мировой войны циклотрон перестал быть новинкой. Появились и другие модели циклических ускорителей.
В Гатчине, где располагался филиал Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе, в 1967 году пустили синхроциклотрон. Его проектированием и строительством руководил профессор Д. Г. Алхазов. Сразу круг исследований института значительно расширился. К работам по ядерной физике, физике твердого тела и физике элементарных частиц прибавились исследования по молекулярной биологии, радиобиологии и генетике. В июле 1971 года филиал института был преобразован в самостоятельный научно-исследовательский институт. И стал называться: Ленинградский институт ядерной физики (ЛИЯФ) АН СССР.
На его-то «старый добрый» синхрофазотрон нас и повели…
Круглое здание, в котором смонтирована атомная машина, с прилегающими к нему корпусами расположено среди зеленого массива. Сосны, трава. Мы прошли через проходную, надели белые халаты. Потом выгрузили из карманов ключи, сняли часы… В противном случае после визита к большому магниту они показывали бы точное время лишь два раза в сутки.
Пульт управления синхротроном.
И вот вход в экспериментальный зал синхроциклотрона: предупреждающие световые табло, система кнопок. Невидимые механизмы открывают перед нами «дверь» — в сторону по направляющим рельсам отъезжает глыба тяжелого бетона. Впереди коридор и ярко освещенный зал, огромный, круглый, как цирк. В середине — громадина электромагнит, выкрашенный зеленой масляной краской. Вокруг — бесчисленные приборы. В разные стороны от синхроциклотрона отходят трубы, окруженные измерительной техникой. Это тракты пучков — пути, по которым из камеры выводятся разогнанные частицы. Вот эти голубые трубы — пи-мезонные тракты. А этот светло-серый — мю-мезонный тракт. Здесь летит пучок протонов для медицинских исследований. А вот это — тракт импульсного нейтронного пучка. Сгустки нейтронов проскакивают за 20 наносекунд.
Нано! По-гречески — «карлик», составная часть слов, служащих для обозначения миллиардной доли исходной единицы. Наносекунда — это 0,000 000 001 секунды. Пожалуй, такой промежуток времени так же трудно представить себе, как и энергию синхроциклотрона в один гигаэлектронвольт. Здесь «гига» — соответственно составная часть слова, служащая для наименования единиц, кратных миллиарду. Гигаэлектронвольт — миллиард электронвольт. А «гига», как вы, наверное, уже догадались, происходит от греческого слова «гигантский».
Мы обходим машину вокруг, слушаем пояснения и проникаемся почтением. Старое, но грозное оружие физики. Сейчас в институте строится новый ускоритель, более мощный, более совершенный. Но и этот еще не выходит в отставку, он еще послужит…
