Ускорители частиц – инструменты для фундаментальной и прикладной науки и для промышленного применения

Ускоритель – важнейший инструмент науки о строении вещества. Он действует как микроскоп: длина волны частиц пучка (к= h/p) находится в интервале 10-7—10-16 см, что перекрывает размер атомов и известных фундаментальных частиц. Это позволяет вести поиск и исследование конституентов материи, поиск и исследование новой фазы материи – кварк-глюонной плазмы, которая, вероятно, заполняла раннюю Вселенную и играет важную роль в динамике нейтронных звёзд.

Рис. 4. История создания ускорителей

С применением ускорителей выполняется широкая программа прикладных исследований в биологии и др. науках. Отметим здесь лишь некоторые области практического применения ускорителей:

– терапия злокачественных опухолей. В Лаборатории ядерных проблем действует медицинское отделение, где ежегодно на пучке протонов проходят лечение около 100 пациентов;

– производство радиоактивных изотопов для медицины и биологии;

– производство ядерных фильтров с диметром отверстий 100 нм для очистки плазмы крови и др. веществ;

– стерилизация продуктов, медицинских материалов и др.;

– диагностика скрытых веществ;

– нейтронный каротаж скважин при добыче углеводородов;

– материаловедение;

– обработка поверхностей путём имплантации ионов;

– увеличение прочности металлов, антикоррозийные технологии;

– сварка и резка металлов.

В настоящее время во всём мире на ускорителях диагностику и терапию проходят около 100 тыс. пациентов в год. В промышленности работает около 18 тыс. ускорителей. В США доход от применения ускорителей оценивается в 20 млрд долларов в год.

Эпоха ускорителей длится около 90 лет – с 30-х годов прошлого века до наших дней. Это демонстрируется на рис. 4.

1 – ускоритель фазотрон в Дубне, энергия 600 МэВ, 1949 г.;

2 – синхрофазотрон ОИЯИ, энергия 10 ГэВ, 1957 г.;

3 – ускоритель У-70 в ИФВЭ (Серпухов), энергия 70 ГэВ.

Интересно отметить, что достигнутая максимальная энергия машины растёт экспоненциально со временем.

История ускорителей не завершена. В настоящее время обсуждаются несколько проектов машин с энергией пучка около 100 ГэВ. Длина кольца составляет около 100 км, стоимость проекта около IQ-15 млрд долларов.

Более 800 000 книг и аудиокниг! 📚

Получи 2 месяца Литрес Подписки в подарок и наслаждайся неограниченным чтением

ПОЛУЧИТЬ ПОДАРОК