В статье описываются подробные исследования относительно технологии получения колоссального количества энергии из столкновения встречных пучков электронов, которые будут наделены большой энергией. А также описывается эксперимент, который был проведён 19 октября 2019 года в Ферганском государственном университете.
Ключевые слова: ускорители элементарных частиц, электрон, энергия встречных пучков, столкновение.
В результате подробного исследования материалов экспериментов, которые были проведены в области физики высоких энергий [1], были получены великолепные результаты.
Первые эксперименты по ускорителям были проведены ещё в 1929 году сразу после изобретения генератора Ван-де-Граафа. Благодаря использованию подобной техники, которая могла выдавать огромное количество напряжения в миллионы вольт стало возможно направление электронных пучков, а также пучков других элементарных частиц с энергиями 2,5 МэВ. В 1938 году в Харькове был запущен ускоритель на 3,6 МэВ.
Активно разрабатывались линейные ускорители. Но большего внимания заслуживали циклотроны. Появлялись всё новые виды циклотронов — синхрофазотрон, микротрон, фазотрон, синхротрон и многие другие разновидности. Также росла и энергия, придаваемая пучкам частиц. В 1940 году энергия на бетатроне в США составлял 2,3 МэВ.
За счёт того, что масса протонов и нейтронов гораздо больше электронов, использовались многие ускорители протонов, на них же энергия уже была больше 100 МэВ. К примеру, в ускорителе, который был запущен в 40-е года энергия для дейтронов составляла уже 100 МэВ.
В ускорителе 1949 года, который был запущен в Москве энергия пучка электронов составляла 280 МэВ. А уже в 1960 году начали появляться ускорителе — синхротрона на энергии порядка 1 ГэВ.
Кроме того, большое внимание началось уделяться и линейным ускорителям. В 1948 году был запущен первый линейный ускоритель частиц на бегущей волне. В 50–60-х годах в США были построены линейные ускорители электронов на энергии 1,8 ГэВ.
И наконец, начинают активно развиваться синхрофазотроны. Разрабатывается проект ЦЕРН с энергиями в 28 ГэВ. В Брукхейвенской лаборатории, США создан синхрофазотрон на 30 ГэВ и на 7 ГэВ в ИТЭФ, Москва.
Появляются многочисленные предположения о ускорителях на встречных пучках. Идея встречных пучков впервые была выдвинута со стороны Д. Керста. Его идеи были подхвачены О’Нейлом и Г. И. Будкером. Первые эксперименты заключались на реакциях встречных пучков электронов, но это позволило произвести только один тип эксперимента — ее-рассеяние [2].
- Информационно-теоретический блок
На основах этого эксперимента был сделан ряд выводов. По одному из которых вытекала формула:
Где m0 — масса электрона;
с — Скорость света в вакууме;
Е — Энергия пучка электронов;
ξ — Выходящая энергия.
А теперь расчитаем. Если пучку электронов придать энергию в 6 ГэВ, то чему будет равна окончательно вышедшая энергия. Но перед этим необходимо перевести 6 ГэВ в Джоули и в результате получим 9,6*10–10 Дж.
А если перевести этот показатель в эВ, то получим 140 854 160 942 172,35536973 эВ.
Для того, чтобы проверить верность вычислений и формулы, возможно использовать формулу Альберта Эйнштейна:
Где m0 — масса электрона;
с — Скорость света в вакууме;
ξ — Выходящая энергия;
β — отношение квадрата скорости пучка к квадрату скорости света.
Установим, что:
А начальная энергия электрона равняется:
В таком случае получается, что:
![](https://moluch.ru/blmcbn/68860/68860.008.png)
Результаты почти одинаковы. Следовательно, формула для расчётов верна. И возможно получение максимально большого количества энергии при столкновении частиц. Для проверки этой теории в Ферганском Государственном Университете был запущен проект «Электрон». Первым этапом данного проекта являлось проведение эксперимента по подтверждению данной теории.
-
Экспериментальное подтверждение
- Цель работы: Исследование столкновения встречных пучков электронов и создание окончательного вывода по точному расчёту выходящей энергии после столкновения.
- Оборудование: вакуумная установка «Альфа-1», проводники из алюминия 10*10, умножитель напряжения до 5 кВ, микроскоп 1000х, персональный компьютер-ноутбук acer, камера 1080p.
-
Техническое задание
- Собрать общую схему;
- Получить фотографии;
- Произвести расчёты;
- Анализировать фотографии;
- Сделать выводы.
-
Ход работы:
- Расположить микроскоп в нужном положении;
- Включить камеру для снятия хода работы;
- Установить внутри вакуумной камеры алюминиевый проводник;
- Соединить при помощи проволок умножитель напряжения и проводник;
- Включить вакуумную установку и достичь с её помощью вакуума в 10–4 мм.рт.ст.
- Направить электрический ток напряжением в 220 В и силой тока в 10 А, общей мощностью в 2,2 кВт в умножитель напряжения;
- Зафиксировать весь процесс при помощи микроскопа;
- Отключить все приборы.
- Вывод
По результатам эксперимента были получены фотографии, на которых можно заметить некоторые пучки фотонов (Рис.1, А-Г).
Рис. 1. Фотографии эксперимента: А — фотография за номером 200656; Б — фотография за номером 201118; В — фотография за номером 201125; Г — фотография за номером 201209; 2, 4 — слабые пучки фотонов; 1, 3 — активные пучки фотонов; 5 — буря из потока электронов и окружающих фотонов; 6 — эпицентр столкновения электронов
В нашем случае электронам была придана большая энергия, чтобы определить энергию, приданную на 1 электрон. Количество электронов, проходящих по этой цепи, составляет 6,02*1028. Это доказывает, что на один электрон приходится 2,284*10–7 эВ или 3,654485*10–26 Дж, если подставить в формулу, получим результат:
А если перевести этот показатель, то получится 5 585 388,73 эВ. Этой энергии вполне достаточно для фотонных пучков 1–4, а также для полного энергетического взрыва 6. Буря частиц 5 создана уже потом электронов, проходящих из проводника в проводник, поэтому она не учитывается.
В результате эксперимент дал положительные результаты. Поэтому проект «Электрон» продолжает осуществляться. И следующим шагом является конструирование и строительство уже устройства колоссальной мощности.
В этом проекте принимает участие также Академия наук Республики Узбекистан, Союз молодёжи Республики Узбекистан, Организация помощи молодым предпринимателям, Ташкентский институт ядерной физики, Ферганский государственный университет, Ферганский филиал Ташкентского информационно-технологического университета, Ферганский политехнический университет, Shanghai Electric, компания «Кишлок-Курилиш-Инвест».
Была разработана конструкция ускорения электронов и смоделирована трёхмерная модель устройства, которая продолжается разрабатываться, начальная модель представлена на рис.1.
![](https://moluch.ru/blmcbn/68860/68860.011.jpg)
Рис. 1. Трёхмерная модель устройства
Благодаря этому устройству станет возможно получение огромного количества энергии. Ожидается, что выход электрической энергии будет составлять 1 ГВт.
Литература:
1. Рыдник В. И. Увидеть невидимое. — М.: Наука, 1980.
2. Лебедев А. Н., Шальнов А. В. Основы физики и техники ускорителей 1. Ускорители заряжённых частиц. — М.: Энергоиздат, 1981.
3. Бурштейн Э. Л., Воскресенский Г. В. Линейные ускорители электронов с интенсивными пучками. — М.: Атомиздат, 1970.
4. Вальднер О. А., Власов А. Д., Шальнов А. В. Линейные ускорители. — М.: Атомиздат, 1969.