О ЗВЕЗДЕ-ГОСТЬЕ И МНОГОМ ДРУГОМ
Очередной «Академический час» прошёл в детском санатории «Юбилейный» г.Бердска. О генерации и применении синхротронного излучения школьникам поведал заместитель директора Института ядерной физики
им. Г. И. Будкера СО РАН академик Геннадий Николаевич Кулипанов.
Е. Садыкова, «НВС»
«Я попытаюсь рассказать вам о некоторых работах ИЯФ. Они не касаются физики высоких энергий, физики элементарных частиц или ядерной физики, они связаны с генерацией и использованием синхротронного излучения. Постараюсь построить свой рассказ таким образом, чтобы вам было хоть что-то понятно (всё понятно быть не может!). Я посчитаю свою задачу выполненной, если вам будет по крайней мере интересно. И я буду совсем доволен, если в результате моего приезда в лагерь какая-то часть присутствующих в качестве одного из предметов ЕГЭ выберет физику» — так начал своё выступление академик Кулипанов. И пригласил школьников на экскурсию в институт, а также призвал поступать на ФФ НГУ и пополнять ряды сотрудников ИЯФ.
А далее школьники, внимавшие лектору, узнали вот что.
Синхротронное (или магнитотормозное) излучение — это электромагнитное излучение релятивистских заряженных частиц в магнитном поле. Оно играет важную роль в познании человеком окружающего мира.
Так, например, поскольку большую часть всей информации человек получает с помощью зрения, телескопы с момента изобретения Галилеем и до настоящего времени остаются важнейшим инструментом для изучения Вселенной, а изобретение микроскопа позволило открыть неизвестный ранее мир микроорганизмов — простейшие, бактерии и т.д.
Использование электромагнитных волн различных диапазонов играет важную роль в развитии науки, техники и технологий. Например, благодаря рентгеновской дифракции произошло открытие спиральной структуры ДНК, дифракция помогает в исследовании механизма быстропротекающих процессов и др. Радио, телевидение, радиолокация, телекоммуникационные структуры, глобальные навигационные системы без электромагнитных волн просто не существовали бы.
Наука интернациональна, и в решении проблем, связанных с генерацией синхротронного излучения, приняло участие всё международное сообщество, причём наши учёные были на передовых позициях: И. Я. Померанчук, Л. А. Арцимович, В. И. Векслер, Г. И. Будкер и В. Л. Гинзбург — люди, которые заложили основы теории СИ, основные принципы ускорения заряженных частиц, создания накопителей и специализированных генераторов синхротронного излучения.
Рукотворное синхротронное излучение впервые удалось наблюдать в 1947 году на синхротроне, построенном в компании «Дженерал Электрик» в США. Несколькими годами позже это уже произошло в ФИАН СССР на первых советских синхротронах.
Поскольку излучение релятивистских электронов в магнитном поле впервые наблюдалось в синхротроне, то его стали называть синхротронным, но в курсе Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшица параграф, посвященный этому вопросу, называется, по мнению лектора, физически более правильно — «магнитотормозное излучение».
Основные свойства синхротронного излучения — оно узко направленное, поляризованное, импульсное, имеет высокую яркость, интенсивность и широкий спектральный диапазон, от терагерцевой сферы до жёсткого рентгена. Основные области применения СИ — практически все области науки: физика твёрдого тела, структурная биология, химия, науки о Земле и экология, материаловедение, нанотехнологии, медицина, технические науки.
Так, например, в 1974 году Альвина Вазина из Института биофизики (Пущино) на источнике СИ ВЭПП-3 (в Новосибирке) начала изучение структуры биополимеров с большими периодами, в частности структуры мышцы.
Также СИ позволило сделать анализ проб лунного грунта, помогает проводить исследование палеоклимата по донным осадкам различных озер, в том числе Телецкого и Байкала и т.д.
Множество Нобелевских премий получено коллективами учёных-биологов за работы с использованием методов СИ. Так, первую Нобелевскую премию по химии за работу с использованием СИ получили в 1988 году Иоганн Дайзенхофер, Роберт Хубер и Хартмут Михель — за определение точной структуры фотосинтетического реакционного центра. В 2008 г. Нобелевская премия по химии была присуждена Осаму Симомурее, Мартину Чалфи и Роджеру Тсьену — за открытие и разработку методов использования зеленого флуоресцентного белка, широко применяемого по всему миру в исследованиях физиологических процессов.
Впервые человек экспериментально обнаружил и документально зафиксировал то, что мы называем синхротронным излучением, ещё в 1054 году, практически тысячу лет назад. Японские и китайские монахи, созерцающие звездное небо, зафиксировали появление на небе «звезды-гостьи», которая была видна три недели днём, а в течение года она была самой яркой ночной звездой.
Спустя 900 лет было высказано предположение, позже экспериментально подтвержденное, что это было синхротронное излучение ультрарелятивистских электронов в межзвёздных магнитных полях. Это время — между наблюдением рождения Крабовидной туманности и рукотворным СИ — было необходимо человечеству, с одной стороны, чтобы понять, что свечение Крабовидной туманности — это синхротронное излучение, а с другой — чтобы развить современную физику, создать теорию синхротронного излучения, разработать принципы и методы ускорения заряженных частиц, а также создать накопители заряженных частиц и специальные генераторы синхротронного излучения — ондуляторы и вигглеры.
«Но этот интересный факт говорит о том, что в любое время — и тысячу лет назад, и сейчас, находятся люди, которые занимаются делом на первый взгляд никчёмным и бессмысленным: наблюдать небо, записывать это. Казалось бы, гораздо правильнее было обрабатывать землю, ловить рыбу, выращивать скот... Но генетически есть некая прослойка среди населения нашей планеты, которая настроена на то, чтобы пытаться понять и объяснить наш окружающий мир. И по сей день люди, которые проводят жизнь в лабораториях, занимаются экспериментами в поисках истины, большинству кажутся... непонятными. Но это не значит, что их труд неважен», — подчеркнул академик.
стр. 15
|
