КСЕ 1. Ускорители частиц и их роль в науке
 Скачать 67 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»  Реферат по дисциплине «Концепции современного естествознания» на тему: Ускорители частиц и их роль в науке Студент: Цай Ангелина Группа: 181-022 Преподаватель: Яковлев Родион Владимирович Москва 2018 Содержание
ВведениеУ всего в мире есть свое начало. Ускорители частиц также имеют свои истоки. Обратимся к информационным источникам, в которых говорится, что в 1937г в Ленинграде на базе Радиевого Института был построен и запущен первый в Европе циклотрон. Что такое циклотрон? Циклотрон – это циклический ускоритель тяжелых заряженных частиц, двигающихся в постоянном и однородном магнитном поле. Для ускорения этих самых заряженных частиц, а проще говоря, для протонов и ионов, о которых мы знаем, ну или хотя бы слышали еще из школьного курса физики, используется высокочастотное электрическое поле неизменной частоты. Так вот, когда был открыт первый в Европе ускоритель частиц, могли ли люди тогда представить, какие горизонты открываются перед ними для развития науки, промышленности и медицины. В ходе данной работы я подробно попытаюсь разобраться, что же такое ускорители частиц и какова их роль именно в науке. Я взяла данную тему, потому что ускорители частиц – это действительно одно из величайших открытий человечества. Мне, как человеку далекому от физики и ничего не ведающему в данной сфере, хотелось бы разобраться и понять, насколько значимы ускорители в современном мире. Реферат пишется с целью более глубокого изучения различных сфер, что немало важно для журналиста, для формирования целостного естественнонаучного мировоззрения и навыков анализа природных явлений, для повышения культурного и образовательного уровня в целом и для освоения такой дисциплины как «Концепция современного естествознания», которая также входит в образовательную программу по направлению подготовки «Журналистика». В результате проделанной работы хотелось бы открыть для себя что-то большее в данной области и понять, как же всё-таки это работает методом изучения темы с помощью дополнительных литературных источников. В данном реферате будет изложена последовательная цепочка действий, которые были совершены мной для полного понимания выбранной темы. Его актуальность заключается в том, что с помощью него студенты вуза смогут понять концепцию работы ускорителей частиц и увидеть их взаимосвязь с наукой.
Параграф 1. Что такое ускорители и как они работают? ОткрытиеДля того, чтобы полноценно понять тему, необходимо разобраться в элементарном. Итак, что же такое ускорители частиц? Если верить Википедии, то это класс устройств для получения заряженных частиц (элементарных частиц, ионов) высоких энергий. Но стало ли от этого понятнее? Думаю, нет. Нужно понять всё изнутри. И если же предметы, например, часы мы можем изучить, просто сломав их, оттуда полетят шестеренки, мы увидим внутренние детали, поймем, как устроены эти самые часы, то в квантовом мире всё по-другому. Этот пример я услышала из лекции Дмитрия Казакова – доктора физико-математических наук Объединенного института исследований, лекции, которую я посмотрела на просторах интернета на выходных, чтобы понять, что же такое элементарные частицы. Так вот Казаков подметил, что частицы – это то, что нельзя увидеть под микроскопом, но как же тогда понять, что же это такое? Как оказалось, внутри элементарной частицы ничего нет. И мне, если честно, трудно представить какой она структуры. Способ был людьми найден: разогнать эти частицы. Тогда они узнали, что при столкновении этих частиц, при их разгоне, рождаются новые частицы. Естественно, сейчас мире технологий уже созданы всевозможные аппараты, которые позволяют увидеть их перемещение. Выяснилось, что из энергии частиц при условиях столкновения могут родиться новые, энергия которых меньше, чем та, до которой был совершен разгон. Так частицы разгонялись до больших энергий. Т.е. если поставить перед частицей какую-то мишень, то частица ударяет в эту самую мишень, и в момент удара воспроизводиться моментально огромное количество кинетической энергии, из которой рождаются новые частицы. Поняв это, можно прийти к выводу, что приборы, которые способствуют разгону и столкновению до высоких энергий этих самых частиц, они и называются ускорителями. Простейший ускоритель частиц – электрическое поле и магнитное поле. Из курса физики школьной программы мы также знакомы с такими понятиями. Обратимся всё же к Википедии за более грамотными определениями: Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения; Электрическое поле — одна из двух компонент электромагнитного поля, представляющая собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом. Ускорители начали появляться очень давно. Сила разгона с простейшими ускорителями частиц была не велика, но людям хотелось бы разогнать частицу быстрее, тогда было принято решение: «Давайте сами будем строить ускорители». Есть условия: если длина, на которой будет ускоряться частица, небольшая, то она не успеет набрать большую энергию. Отсюда и родилась идея кольцевого ускорения. Частица будет двигаться по кольцу всё быстрее и быстрее, а электрическое и магнитное поле будут способствовать ускорению. Такие ускорители были созданы в середине прошлого века, называются они циклотроны. В России ускорители появились уже в послевоенное время. Далее создание таких ускорителей совершенствовалось. Главная задача была – увеличивать энергию частиц. Так были открыты ускорители частиц и сейчас современные ускорители могут производить огромное количество энергии. Параграф 2. Виды ускорителейТеперь мы более точно понимаем формулировку, что ускоритель частиц – это устройства, в которых под действием электрических и магнитных полей создаются и управляются пучки высокоэнергетичных заряженных частиц (электронов, протонов, мезонов и т.д.). И когда есть хоть какое-то представление о том, что такое ускоритель частиц, мы можем рассмотреть, какие виды ускорителей существуют на настоящий момент. Так как же классифицируются ускорители? Оказывается, ускорители характеризуются типом ускоряемых частиц, разбросом частиц по энергиям и интенсивностью пучка. Ускорители подразделяются на непрерывные (равномерный во времени пучок) и импульсные (в них частицы ускоряются порциями – импульсами). Последние характеризуются длительностью импульса. По форме траектории и механизму ускорения частиц ускорители делятся на линейные, циклические и индукционные. В линейных ускорителях траектории движения частиц близки к прямым линиям, в циклических и индукционных траекториями частиц являются окружности или спирали. В одной из своих размещенных на портале лекций формата PDF кандидат физико-математических наук Кравченко Надежда Степановна подробно рассматривает некоторые типы ускорителей заряженных частиц. Для более подробного изучения рекомендую обратиться к ее источнику. Она рассматривает следующие ускорители:
Я не стану дополнять свой реферат подробной информацией о каждом из них, так как для полного понимания разновидностей необходимо владеть знаниями некоторых формул и понятий. А главной целью моего реферата было совсем не это. Цель моей работы заключалась в том, чтобы понять концепцию работы ускорителей частиц, ознакомиться и увидеть их взаимосвязь с наукой. Параграф 3. Какова роль ускорителей в науке?Если всё-таки ускорители частиц – это действительно одно из величайших открытий человечества, как я говорила об этом во введении, то какова их роль в современной науке? Ведь это один из важнейших инструментов физики. Современное состояние ядерной физики и ее достижения неразрывно связаны с созданием и совершенствованием ускорителей заряженных частиц. Об этом говорил А.Е. Лагутин на 9-й Международной конференции «Взаимодействие излучений с твердым телом», 20-22 сентября 2011 г., Минск, Беларусь. Всё это он изложил в одном из учебников для «Белорусского государственного аграрного технического университета». Лагутин подчеркивает, что многие поисковые и фундаментальные научно-исследовательские работы проводятся с использованием ускорителей заряженных частиц, что напрямую говорит о связи с наукой. Большой адронный коллайдер создавался также с целью резкого увеличения научной эффективности. Лагутин также говорит о применении в области фундаментальных исследований пучков ускоренных частиц, что они широко используются для прикладных целей. И условно можно выделить две основные области применения ускорителей. В первой области ускорители служат инструментом в научных исследованиях, а во второй являются технологической единицей, обеспечивающей нормальный ход технологического процесса. В научных исследованиях, в первую очередь, надо выделить исследования в области ядерной энергетики. Интересно применение ускорителей в качестве источников нейтронов для получения ядерного топлива. Кроме научных исследований ускорители применяются непосредственно для прикладных целей, причем, естественно в первую очередь используются ускорители на малые энергии, как наиболее экономичные и простые в эксплуатации. ЗаключениеИтак, теперь можно сказать, что я имею представление о том, что такое ускоритель частиц. Более того я понимаю, что между данным прибором и наукой есть огромная связь и роль ускорителя большая. В реферате я попыталась максимально просто изложить то, как я изучала данную тему. Последовательно описав то, к каким выводам я приходила и какими источниками пользовалась. В ходе изучения темы мне пришлось познакомиться со многими физическими терминами, подробно почитать источники, ссылки на которые я оставила в разделе «список литературы». Для себя я определенно открыла новое, поняла концепцию работы ускорителей частиц. Я просмотрела несколько видеороликов, где говорили о работе адронного коллайдера, об элементарных частицах, но я не посчитала их достаточно информативными и не включила в список использованной литературы. Я определенно могу сказать, что данная тема реферата поспособствовала расширению кругозора. Пришлось вспомнить что-то из курса школьной программы, что также поспособствовало закреплению базовых знаний по физике. И, конечно же, работа с информацией, а именно ее поиск, отбор и подача - всё это стало немало важным опытом для меня, как для журналиста. Список литературы
|