Elektronika.lt
 2024 m. kovo 29 d. Projektas | Reklama | Žinokite | Klausimai | Prisidėkite | Atsiliepimai | Kontaktai
Paieška portale
EN Facebook RSS

 Kas naujo  Katalogas  Parduotuvės  Forumas  Tinklaraščiai
 Pirmas puslapisSąrašas
 NaujienosSąrašas
 StraipsniaiSąrašas
 - Elektronika, technika
 - Kompiuterija
 - Telekomunikacijos
 - Įvykiai, visuomenė
 - Pažintiniai, įdomybės
 Vaizdo siužetaiSąrašas
 Nuolaidos, akcijosSąrašas
 Produktų apžvalgosSąrašas
 Naudingi patarimaiSąrašas
 Vykdomi projektaiSąrašas
 Schemų archyvasSąrašas
 Teorija, žinynaiSąrašas
 Nuorodų katalogai
 Įvairūs siuntiniai
 Bendravimas
 Skelbimai ir pasiūlymai
 Elektronikos remontas
 Robotų kūrėjų klubas
 RTN žurnalo archyvas






 Verta paskaityti
Kovo 28 d. 20:32
„Elektrum Lietuva“ į elektromobilių įkrovimo tinklo plėtrą šiemet investuos 9 mln. eurų
Kovo 28 d. 17:25
NASA „BurstCube“ palydovas paleistas tirti galingiausius sprogimus kosmose
Kovo 28 d. 14:50
„Logitech“ pristato „Signature Slim“ klaviatūrą ir darbo bei gyvenimo derinį prie rašomojo stalo
Kovo 28 d. 11:17
Kaip atrodys mokslai, studijos ir darbas DI eroje: pagrindiniai parodos „Karjera & studijos Lietuvoje“ akcentai
Kovo 28 d. 08:52
Jungikliai pagaminti iš atliekų – naujovė tvariems namams
Kovo 27 d. 20:30
Saulės elektrinė – daugiabučio balkone: ar tai įmanoma Lietuvoje? (1)
Kovo 27 d. 18:19
4 išmanūs sprendimai, leidžiantys efektyviai taupyti elektrą
Kovo 27 d. 16:36
Ekspertė apie dirbtinį intelektą ir darbuotojų produktyvumą: „Svarbu suprasti, jog nėra vieno stebuklingo įrankio, kuris išspręstų visas problemas“
Kovo 27 d. 14:14
„Philips Monitors“ E1 serija turės tris naujus daugiafunkcinius modelius, skirtus hibridiniam ir nuotoliniam darbui
Kovo 27 d. 12:43
Reikalavimas elektrifikuoti penktadalį stovėjimo vietų glumina verslą: nukentės galutiniai vartotojai
FS 22 Tractors
Farming Simulator 19 Mods, FS 22 Maps, FS22 Mods
ETS2 Mods
ETS2 Trucks, ETS2 Bus, Euro Truck Simulator 2 Mods
FS22 Tractors
Farming Simulator 22 Mods, FS22 Maps, FS22 Trucks
VAT calculator
VAT number check, What is VAT, How much is VAT
Paskola internetu
Vartojimo paskola, paskola automobiliui, paskola būsto remontui
Thermal monocular
Thermal vision camera,
Night vision ar scope,
Night vision spotting scope
FS22 Mods
FS22 Harvesters, FS22 Tractors Mods, FS22 Maps Mods
FS22 Mods
FS22 Maps,
FS22 Harvesters,
FS22 Tractors
Dantų protezavimas
All on 4 implantai,
Endodontija mikroskopu,
Dantų implantacija
Sims 4 Mods
Sims 4 CC Clothes,
Sims 4 Hair CC,
Sims 4 Skill Cheat
Optic sight
Binoculars for hunting elk,
Best compact binoculars,
Riflescope hunting
Reklama
 Straipsniai » Elektronika, technika Dalintis | Spausdinti

Artinasi gigantiškų dalelių greitintuvų saulėlydis

Publikuota: 2019-07-31 08:26
Tematika: Elektronika, technika
Skirta: Mėgėjams
Aut. teisės: ©Technologijos.lt
Inf. šaltinis: Technologijos.lt

Braunantis į fizikos gelmes, visada galiojo taisyklė: dydis – svarbu. Pirmieji praėjusio amžiaus septintojo dešimtmečio pradžios dalelių greitintuvai buvo nedaug didesni už pietų stalą. Po dešimtmečio JAV pradėjusio veikti žiedinio Tevatrono perimetras buvo 6 kilometrai. Dabartinio didžiausio įrenginio, Didžiojo hadronų greitintuvo, tunelis keturis kartus ilgesnis (27 km). Yra planų statyti 100 kilometrų perimetro greitintuvą, bet greitai juos gali pakeisti daug mažesni lazeriniai plazmos greitintuvai.

 Rodyti komentarus (0)
Įvertinimas:  1 2 3 4 5 

Milžiniški dalelių greitintuvai tiria tikrovės prigimtį, bet greitai juos gali pakeisti daug mažesni lazeriniai plazmos greitintuvai.

Braunantis į fizikos gelmes, visada galiojo taisyklė: dydis – svarbu. Pirmieji praėjusio amžiaus septintojo dešimtmečio pradžios dalelių greitintuvai buvo nedaug didesni už pietų stalą. Po dešimtmečio JAV pradėjusio veikti žiedinio Tevatrono perimetras buvo 6 kilometrai. Dabartinio didžiausio įrenginio, Didžiojo hadronų greitintuvo (LHC), tunelis keturis kartus ilgesnis (27 km). Yra planų statyti 100 kilometrų perimetro greitintuvą: toks maždaug galėtų apjuosti Niujorko miestą.

Tokie toli besidriekiantys vamzdžiai primena šiluminę trasą… © CERN
Tokie toli besidriekiantys vamzdžiai primena šiluminę trasą…
© CERN

Fizikai dėl tokių didžiulių – ir atitinkamai kainuojančių – siekių susilaukia ne ką menkesnės kritikos. Tačiau gamta labai atkakli ir norint įminti jos akyliausiai saugomas subatomines paslaptis, prieš sudaužiant daleles, visad reikėjo gainioti jas vis ilgesnius atstumus. Bet vingiuotame pažinimo kelyje gali pavykti nukirsti kampą, pasitelkus keistąją medžiagos būseną – plazmą. Įterptos dalelės šioje virpančioje medžiagoje gali greitėti tūkstančius kartų sparčiau.

Tai nėra tik tuščios svajos. Plazmos greitintuvai buvo nuolat tobulinami kelis pastaruosius dešimtmečius, ir nors dar rimtos grėsmės įprastinių įrenginių viešpatavimui nekelia, ledas jau gali būti pajudėjęs. Keli neseni tyrimai rodo, kad plazmos greitintuvai netrukus gali priversti tokius gigantus kaip LHC, dėl pinigų paprakaituoti. O galiausiai, yra vilčių, kad šios nedidukės mašinos padės išspręsti kai kuriuos didžiausius fizikos klausimus: pavyzdžiui, kodėl Visata pilna materijos, o ne antimaterijos, arba, iš ko susideda tamsioji materija. Panašu, geležinė dalelių fizikos taisyklė gali būti sulaužyta.

Matome, kaip visur kitur technologijos traukiasi. Bet įprastiniai dalelių greitintuvai mažėti atkakliai nenorėjo. Jų baisingai sudėtingos valdymo ir kontrolės sistemos slepia daugybę mažų metalinių vamzdelių. Jie daleles individualiai stumteli pirmyn trumpais, stipriais elektrinio lauko impulsais. Kuo stipresnis laukas tarp šių vamzdelių, tuo galingesnis postūmis – bet tik iki tam tikros ribos. Viršijus šią lauko stiprumo ribą, erdvė tarp vamzdelių tampa laidi elektrai, per ją lauko įtampa išsikrauna kaip žaibas ir dalelių greitinimas nebevyksta. Tad, norint galingesnio greitintuvo, reikia ne galingesnių, o daugiau greitinimo impulsų – kitaip tariant, daugiau vamzdelių.

Būtent dėl šios ribos paplito apskritiminiai, o ne tiesiniai greitintuvai: ratu dalelės gali skrieti tol, kol pasiekia norimą energiją. Proto ribose. Netgi apskritiminiai greitintuvai turi būti itin dideli, nes kitaip dalelės paprasčiausiai savo energiją išspinduliuoja – arba išskrieja iš rato, „neįsipiešusios“ posūkyje. Tad ir turime LHC. Tik apskritiminis 27 kilometrų perimetro greitintuvas gali sutrenkti priešpriešinius protonų srautus pakankama energija – iki 13 000 gigaelektronvoltų (GeV) – ir sukurti garsųjį Higgso bozoną. Nors dešimtmečių senumo prognozės patvirtinimas – įspūdingas pasiekimas, Higgso bozono atradimas 2012 metais buvo iki šiol vienintelis elementarios dalelės atradimas, ir dalelių fizikai galvoja ką ir ar iš viso daryti toliau. „Daugelis mūsų manė, kad 27 kilometrai yra riba“, – sako Ralph Assman, Vokietijos greitinuvo DESY mokslinis vadovas.

Labai dideli hadronų greitintuvai

Tačiau taip manė ne visi. Vienas ilgai svarstomas LHC įpėdinis yra Tarptautinis linijinis greitintuvas (ILC), $7,5 mlrd., 30 km ilgio mašina. Jį pasiryžusi įrengti buvo Japonija, tačiau šalies vyriausybė šiais metais sumanymo atsisakė. Jei planas bus tęsiamas, ILC techniškai nebūtų toks galingas kaip LHC, bet juo būtų galima atlikti daug tikslesnius higsono ir kitų dalelių tyrimus, sudaužiant ne protonus, o elektronus ir pozitronus. Kadangi tai yra paprastesnės, elementarios dalelės, jų susidūrimai būtų labai švarūs.

LHC valdanti CERN dalelių fizikos laboratorija šalia Ženevos, Šveicarijoje, puoselėja panašius ILC planus, tik jis turėtų būti 50 km ilgio, kompaktiško linijinio greitintuvo (Compact Linear Collider – CLIC) formos. Bet net jis nublanksta prieš laboratorijos siūlomą Ateities apskritiminį greitintuvą (Future Circular Collider – FCC), – įrenginį, kurio 100 kilometrų ilgio tunelyje elektronai ir pozitronai, arba protonai su protonais būtų sudaužiami 100 000 GeV energija. Tokio įrenginio sąmata – $25 milijardai. Tuo tarpu Kinija svarsto statyti Apskritiminį elektronų pozitronų greitintuvą (Circular Electron Positron Collider – CEPC), kuris būtų tokio paties 100 km ilgio, bet kainuotų $ 6 mlrd.

Atrodo, tokios gargantiueliškos mašinos – neišvengiama dalelių fizikos ateitis. Bet kai kuriems tyrėjams vertos dėmesio atrodo mažesnės ir pigesnės alternatyvos. Kaip CERN Higgso atradimo metu vadovavęs vyr. mokslininkas, Assmanas galėjo nesunkiai imtis dar didesnio greitintuvo. Bet vos šampano kamščiai atsidūrė CERN šiukšliadėžėse, jis pasirinko naują kryptį: plazmą. „Pamaniau, pagrindiniai įprastinių greitintuvų iššūkiai jau įveikti,“ 2012 m. paaiškino jis savo perėjimą į DESY. „Pagalvojau, būtų šauniau ieškoti naujos technologijos inovacijų, ir padaryti ją mažesnę, o ne didesnę.“

Greta kietųjų medžiagų, skysčių ir dujų, plazma yra ketvirtoji medžiagos būsena: efemeriškas neigiamo krūvio elektronų ir teigiamo krūvio atomų branduolių, nuo kurių tie elektronai nuplėšti, – jonų – mišinys. Elektronams ir jonams judant, sukuriami ir sunaikinami maži elektros laukai, todėl plazma yra ideali terpė elektringoms dalelėms. Kitaip nei įprastinių greitintuvų metalinius vamzdelius skiriančiai tuščiai erdvei, plazmai negresia staiga tapti laidžia ir taip neutralizuoti elektros srovę: ji ir šiaip yra laidi.

Kaip ir pritinka dalelių daleliųbanglenčiavimui prilyginamai technologijai, plazmos greitintuvai radosi Kalifornijoje, už pusvalandžio kelio nuo paplūdimio. 1979 metais, John Dawson ir Toshiki Tajima iš Kalifornijos universiteto Los Andžele (UCLA) publikavo teorinį darbą, padėjusį pagrindą visam plazminių greitintuvų darbui. Mokslininkai sugalvojo lazeriu apšaudyti dujų atomus, taip sukuriant plazmą ir atskiriant elektronus nuo teigiamai įkrautų jonų. Lazerio impulso atskirti neigiami ir teigiami krūviai sukuria itin stiprų elektros lauką. Tinkamoje vietoje įterpti papildomi elektronai stumiami per šį lauką įkandin plazmos bangos ir įgreitinami tūkstančius kartų sparčiau, nei tai vyksta įprastuose greitintuvuose.

Praėjus daugiau nei dešimčiai metų nuo Dawsono ir Tajima'o idėjos paskelbimo, Dawsono kolegos iš UCLA, Chandrashekhar Joshi, vadovaujama grupė sugebėjo šią idėją įgyvendinti praktiškai, pagreitindama įterptus elektronus iki 7 megaelektronvoltų vos per keletą milimetrų. Tačiau tuo metu lazeriai buvo santykinai silpni, ir jie sumąstė, kad, norint pasiekti didesnes energijas, būtų geriau įprastu greitintuvu sukurtu elektronų srautu kurti plazmą, padalinti ją ir įgreitinti. Taip didžioji elektronų energijos dalis būtų sunaudojama kilvaterio sukūrimui, gi likę elektronai jame būtų įspartinami. „Greitai žmonės suprato, kad lazeris iš viso nereikalingas“, – sako Assmanas.

Momento auginimas

Iššūkį perėmė greitintuvų mokslininko Roberto Siemanno vadovaujama Stanfordo Linijinio greitintuvo centro (Stanford Linear Accelerator Centre – SLAC) Kalifornijoje komanda. 2005 m. ji jau pademonstravo, kad dalis turimo greitintuvo elektronų gali įgauti 3 GeV per 10 centimetrų. Po poros metų pademonstravo 15 kartų didesnį energijos išaugimą trumpesniame nei metro atstume – beveik 10 000 kartų didesnį pagreitį, nei LHC. „Šis rekordas tebesilaiko“, – sako Joshi, kurio UCLA grupė su SLAC atliko eksperimentą. „Bet tai nėra fundamentali riba.“

Toks staigus pagreitinimas apnuogina ir keletą kyšančių kliuvinių. Nors maksimali energija – svarbu, tačiau ne menkiau svarbu panašų pagreitį suteikti visoms dalelėms. Assmano manymu, plazmos greitintuvų sukeliamas energijos pasiskirstymas yra 10 kartų per platus, o tai apsunkintų dalelių susidūrimų interpretavimą. Tuo tarpu Joshi nerimauja dėl patikimumo. „Dalelių greitintuvai tokie dideli ir brangūs ne šiaip sau“, – sako jis. „Lygiai kaip paspaudę elektros jungiklį namie tikimės šviesos, taip dalelių greitintuvai turi veikti kelias savaites be sustojimo 24/7.“

Vienu iš patikimumo barjerų gali tapti maksimaliai energijai pasiekti nuosekliai surikiuoti lazeriai ar elektronų impulsai. Nebent, aišku, būtų naudojamas AWAKE – su protonais eksperimentuojančio tarptautino CERN sandarbio – būdas, kur greta elektronų skrieja protonai. Į plazmą pasiųsti protonai generuoja galingą kilvaterį, kuris įterptus elektronus įgreitina vienu smūgiu. „Nereikėtų kelių stadijų, kurios komplikuoja spindulį“, – sako projekto vadovė Edda Gschwendtner.

AWAKE sandarbis CERN siekia sukurti mažą plazminį greitintuvą © Maximilien Brice/CERN
AWAKE sandarbis CERN siekia sukurti mažą plazminį greitintuvą
© Maximilien Brice/CERN

Bet net ir tokiu atveju elektronų įgreitinimas tėra pusė dėlionės. Kad visa susidūrimo energija būtų panaudojama naujų medžiagų kūrimui, elektronai turi būti sudaužiami ne su kitais elektronais, o su jų antimedžiaginiais atitikmenimis – pozitronais. O su šiais žaidimo taisyklės visai kitokios. „Įterpus pozitronus ten pat, kur būtų įterpiami elektronai, jie būtų ne greitinami, o stabdomi.“ 2004 metais Joshi'o UCLA grupei pavyko įgreitinti pozitronus, panaudojus pozitronų spindulį tiek plazmos kilvaterio kūrimui, tiek kaip greitinamų dalelių šaltinį, bet netgi jis pripažįsta, kad pozitronų greitinimo progresas „gerokai atsilieka“ nuo elektronų greitinimo pasiekimų.

O kol kas plazmos greitintuvai gali atrasti ir greitesnį praktinį panaudojimą. Be jokio susidūrimų kūrimo, kompaktiški greitintuvai galėtų pažangius vėžio radioterapijos būdus padaryti labiau prieinamus. Be to, jais būtų galima tirti naujas medžiagas, ar ieškoti paslėptų sprogmenų. Tiesą sakant, tokie plazminio greitintuvo panaudojimo būdo galėtų pasirodyti jau vos po penkių ar dešimties metų, sako Gschwendtner.

Kaip bebūtų, dalelių fizikos ateitis vilioja. Anksčiau šiais metais, pasinaudodama lazerių technologijos proveržiu, Berkeley laboratorija Kalifornijoje, 20 centimetrų plazminiame greitintuve 850 trilijonų vatų lazeriu pasiekė beveik 8 GeV energiją.

Tokie skaičiai turėtų priversti susimąstyti: energijos, prilygstančios LHC, galėtų būti pasiekiamos trumpesnėje, nei poros šimtų metrų trasoje, o ne dabar naudojamuose maratoniniuose atstumuose. Pasvėrus naujos technologijos tobulėjimo tempą su 30 ar panašiai metų, kol būtų pastatytas naujos kartos apskritiminis greitintuvas, plazminiai greitintuvai atrodo visai tinkamas dalelių fizikos ateities variantas, sako Assmanas. „Tokiu laiko masteliu galėtume turėti gerą alternatyvą.“

Didysis hadronų greitintuvas nemokamai šildys aplinkinius kaimus

Greitintuvas, o juo labiau – naujausio jo modifikacija, kurios statyba bus baigta šiemet ir visu pajėgumu ims veikti 2022 m., – didžiausia mašina žmonijos istorijoje. Be to, svarbiausia įranga čia veikia kosminio šalčio sąlygomis, tad iš sistemos reikia išpumpuoti daugybę šilumos. Ankstesnė schema, su daugybe aušinimo kontūrų ir gigantiškais garintuvais, pripažinta neracionalia.

CERN rado LHC aušinimo sistemos panaudojimo būdą. Nuspręsta jį prijungti prie gretimos Ferney-Voltaire komunos geoterminio energijos kaupiklio. Įrenginio šiluminės energijos perteklius galės nemokamai šildyti 8 000 žmonių būstus.
CERN rado LHC aušinimo sistemos panaudojimo būdą. Nuspręsta jį prijungti prie gretimos Ferney-Voltaire komunos geoterminio energijos kaupiklio. Įrenginio šiluminės energijos perteklius galės nemokamai šildyti 8 000 žmonių būstus.

Vietoje to mokslininkai sumanė padaryti dovaną vietiniams gyventojams. Karštas vanduo iš greitintuvo aušinimo sistemų nauju 2 km ilgio vamzdynu tekės į geoterminę saugyklą. Čia energijos perteklius suteka iš visos apylinkės – iš saulės baterijų, vėjo jėgainių, pramonės įmonių ir t. t., o paskui šilumos nešiklis saugomas po žeme, kol atsiranda šilumos poreikis.

Greitintuvo tiekiama šiluma sudarys nemenką visos saugykloje sukaupiamos šilumos dalį, bet dar svarbiau – jau yra planų, kaip išplėsti kitų mokslo pastatų išskiriamos šilumos atidavimą į tinklą. Greitintuvo komplekso pastatų projektuoti iš naujo nereikės — pakaks iki nurodytų taškų nutiesti kelis vamzdžius. Numatoma, kad ateityje veikiantis įrenginys gretimose gyvenvietėse galės nemokama šiluma aprūpinti kelis tūkstančius žmonių.


Technologijos.lt



Draudžiama platinti, skelbti, kopijuoti
informaciją su nurodyta autoriaus teisių žyma be redakcijos sutikimo.

Global electronic components distributor – Allicdata Electronics

Electronic component supply – „Eurodis Electronics“

LOKMITA – įvairi matavimo, testavimo, analizės ir litavimo produkcija

Full feature custom PCB prototype service

GENERAL FINANCING BANKAS

Mokslo festivalis „Erdvėlaivis Žemė

LTV.LT - lietuviškų tinklalapių vitrina

„Konstanta 42“

Technologijos.lt

Buitinė technika ir elektronika internetu žemos kainos – Zuza.lt

www.esaugumas.lt – apsaugok savo kompiuterį!

PriedaiMobiliems.lt – telefonų priedai ir aksesuarai

„Deinavos baldai“ — šeimos baldai


Reklama
‡ 1999–2024 © Elektronika.lt | Autoriaus teisės | Privatumo politika | Atsakomybės ribojimas | Reklama | Turinys | Kontaktai LTV.LT - lietuviškų tinklalapių vitrina Valid XHTML 1.0!
Script hook v, Openiv, Menyoo
gta5mod.net
Farming Simulator 2019 Mods, FS22 Mods, FS22 Maps
farmingsimulator19mods.fr
Optical filters, UV optics, electro optical crystals
www.eksmaoptics.com
Reklamos paslaugos
SEO sprendimai

www.addad.lt
Elektroninių parduotuvių optimizavimas „Google“ paieškos sistemai
www.seospiders.lt
FS22 mods, Farming simulator 22 mods,
FS22 maps

fs22.com
Reklama


Reklama