Энергия столкновения встречных пучков

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].

1. Информационно-теоретический блок

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:

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:

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.

2. Экспериментальное подтверждение
   1. Цель работы: Исследование столкновения встречных пучков электронов и создание окончательного вывода по точному расчёту выходящей энергии после столкновения.
   2. Оборудование: вакуумная установка «Альфа-1», проводники из алюминия 10*10, умножитель напряжения до 5 кВ, микроскоп 1000х, персональный компьютер-ноутбук acer, камера 1080p.
   3. Техническое задание
      1. Собрать общую схему;
      2. Получить фотографии;
      3. Произвести расчёты;
      4. Анализировать фотографии;
      5. Сделать выводы.
   4. Ход работы:
      1. Расположить микроскоп в нужном положении;
      2. Включить камеру для снятия хода работы;
      3. Установить внутри вакуумной камеры алюминиевый проводник;
      4. Соединить при помощи проволок умножитель напряжения и проводник;
      5. Включить вакуумную установку и достичь с её помощью вакуума в 10–⁴ мм.рт.ст.
      6. Направить электрический ток напряжением в 220 В и силой тока в 10 А, общей мощностью в 2,2 кВт в умножитель напряжения;
      7. Зафиксировать весь процесс при помощи микроскопа;
      8. Отключить все приборы.
3. 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.

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.