Володимир Йосипович Векслер

(1907-1966)

Володимир Йосипович Векслер - талановитий радянський фізик, творець синхрофазотрону (сінхроціклотрона, фазоціклотрона) - прискорювача заряджених часток магнітним полем з теоретично необмеженими можливостями розгону (на основі "автофазіровкі"), талановитий керівник і організатор.

Векслер, зайнявшись ядерною фізикою, продемонстрував величезну мистецтво експериментатора, однак найбільш значний внесок його в науку полягав у розробці нових ідей прискорення частинок і створення потужних прискорювачів. За принципом, запропонованим Векслер, і за його безпосередньої участі був побудований один з перших і найбільший у світі (для свого часу) протонний прискорювач на енергію 10 ГеВ в Дубні.

Брав участь у наукових експедиціях для вивчення космічних променів - потоків частинок, що приходять на нашу Землю з космосу (на Ельбрус і Памір).

Детальний біографія

Володимир Йосипович Векслер народився на Україні в місті Житомирі 3 березня 1907. Його батько загинув у першій світовій війні.

В 1921 році, в період сильного голоду й розрухи, з великими труднощами, без грошей, Володя Векслер потрапляє в голодну преднеповскую Москви. Підліток виявляється в будинку-комуні, заснованої в Хамовниках, в старовинному особняку, покинутому господарями.

Векслера відрізняв інтерес до фізики та практичної радіотехніці, він сам зібрав детекторний радіоприймач, що в ті роки було справою надзвичайно важким, багато читав, в школі добре вчився.

Вийшовши з комуни, Векслер зберіг багато виховані нею погляди і звички.

Зауважимо, що покоління, до якого належав Володимир Йосипович, в переважній своїй більшості з повною зневагою відносилося до побутових сторонах свого життя, але фанатично захоплювалося науковими, професійними і соціальними проблемами.

Векслер в числі інших комунарів закінчив дев'ятирічну середню школу і разом з усіма випускниками поступив робочим на виробництво, де працював електромонтером більше двох років.

Його тяга до знань, любов до книги і рідкісна кмітливість були помічені і в Наприкінці 20-х років юнак отримав "комсомольську путівку" до інституту.

Коли Володимир Йосипович кінчав інститут, проводилася чергова реорганізація вищих навчальних закладів та зміна їх назв. Вийшло так, що Векслер надходив в Плехановський інститут народного господарства, а закінчив МЕІ (Московський енергетичний інститут) і отримав кваліфікацію інженера за фахом ренгенотехніка.

В Того ж року він вступив до лабораторії рентгеноструктурного аналізу Всесоюзного електротехнічного інституту в Лефортові, де Володимир Йосипович почав свою роботу з побудови вимірювальних приладів і вивчення методів виміру іонізуючого випромінювання, тобто потоків заряджених частинок.

В цієї лабораторії Векслер працював 6 років, швидко пройшовши шлях від лаборанта до завідувача. Тут вже проявився характерний "почерк" Векслера як талановитого вченого-експериментатора. Його учень, професор М. С. Рабинович згодом писав у своїх спогадах про Векслер: "Майже 20 років він сам збирав, монтував різні придумані їм настанови, ніколи не чураясь будь-якої роботи. Це дозволяло йому бачити не тільки фасад, не тільки її ідейну сторону, а й все, що ховається за остаточними результатами, за точністю вимірювань, за блискучими шафами установок. Він все життя вчився і перенавчався. До останніх років життя вечорами, у відпустці він ретельно вивчав і конспектував теоретичні роботи ".

В вересні 1937 року Векслер перейшов з Всесоюзного електротехнічного інституту у Фізичний інститут Академії наук СРСР імені П. М. Лебедєва (ФІАН). Це було важлива подія в житті вченого.

До цього часу Володимир Йосипович уже захистив кандидатську дисертацію, темою якої був пристрій і застосування сконструйованих їм "пропорційних підсилювачів ".

В ФІАН Векслер зайнявся вивченням космічних променів. На відміну від А. І. Аліханова і його співробітників, облюбували мальовничу гору Арагац у Вірменії, Векслер брав участь в експедиціях вчених на Ельбрус, а потім, пізніше, на Памір - Дах світу. Фізиків всього світу вивчали потоки заряджених часток високої енергії, які неможливо було отримати в земних лабораторіях. Дослідники піднімалися ближче до таємничих потокам космічного випромінювання.

Навіть зараз космічні промені займають важливе місце в арсеналі астрофізиків і фахівців з фізики високих енергій, висуваються захоплююче цікаві теорії їх походження. У ті ж часи отримати частинки з такою енергією для вивчення було просто неможливо, а для фізикам було просто необхідно вивчати їх взаємодія з полями і іншими частками. Вже в тридцятих роках у багатьох вчених-атомники виникала думка: як добре було б отримати частки таких високих "космічних" енергій у лабораторії за допомогою надійних приладів для вивчення субатомних частинок, метод вивчення яких був один -- бомбардування (як образно говорили раніше і рідко говорять тепер) одних частинок іншими. Резерфорд відкрив існування атомного ядра, бомбардуючи атоми потужними снарядами - альфа-частками. Таким же методом були відкриті ядерні реакції. Щоб перетворити один хімічний елемент в інший, треба було змінити склад ядра. Це досягалося шляхом бомбардування ядер альфа-частинками, а тепер - частками, розігнала в потужних прискорювачах.

Після вторгнення гітлерівської Німеччини багато фізиків негайно включилися в роботи військового значення. Векслер перервав вивчення космічних променів і зайнявся конструюванням та удосконаленням радіотехнічної апаратури для потреб фронту.

В цей час Фізичний інститут Академії наук, як і деякі інші академічні інститути, евакуювався до Казані. Лише в 1944 році вдалося організувати з Казані експедицію на Памір, де група Векслера змогла продовжити розпочаті на Кавказі дослідження космічних променів і ядерних процесів, що викликаються частинками високих енергій. Не розглядаючи докладно внесок Векслера у вивчення ядерних процесів, пов'язаних з космічними променями, якому були присвячені довгі роки його роботи, можна сказати, що він був досить значним і дав багато важливих результатів. Але, мабуть, найважливіше полягало в тому, що вивчення космічних променів привело вченого до зовсім нових ідей прискорення частинок. У горах Векслер прийшла в голову думка про будівництві прискорювачів заряджених часток для створення власних "космічних променів ".

З 1944 В. І. Векслер перейшов до нової області, що посіла чільне місце в його наукової роботи. З того часу ім'я Векслера вже назавжди пов'язано зі створенням великих «автофазірующіх» прискорювачів і розробкою нових методів прискорення.

Однак він не втратив інтересу до космічних променів і продовжував працювати в цій галузі. Векслер брав участь у високогірних наукових експедиціях на Памір а протягом 1946-1947 років. У космічних променях виявляють частки фантастично високих енергій, недоступних для прискорювачів. Векслер було ясно, що «природний прискорювач »частинок до таких високих енергій не може йти в порівняння з «Творінням рук людських».

Векслер запропонував вихід з цього глухого кута в 1944 році. Новий принцип, за яким діяли прискорювачі Векслера, автор назвав автофазіровкой.

До цього часу був створений прискорювач заряджених частинок типу "циклотрон" (Векслер у популярній газетній статті так пояснив принцип дії циклотрону: "У цьому приладі заряджена частинка, рухаючись у магнітному полі по спіралі, безперервно прискорюється змінним електричним полем. Завдяки цьому до циклотроні вдається повідомити часткам енергію в 10-20 мільйонів електрон-вольт "). Але стало ясно, що порога 20 МеВ цим методом не перейти.

В циклотроні магнітне поле змінюється циклічно, розганяючи заряджені частинки. Але в процесі прискорення відбувається збільшення маси частинок (як це і має бути по СТО - спеціальної теорії відносності). Це призводить до порушення процесу - через певне число оборотів магнітне поле замість прискорення починає гальмувати частинки.

Векслер пропонує почати повільно збільшувати в часі магнітне поле в циклотроні, маючи магніт змінним струмом. Тоді виявиться, що в середньому частота звернення частинок по колу автоматично буде підтримуватися рівною частоті електричного поля, доданої до дуантам (парі магнітних систем, викривляє шлях і прискорює частинки магнітним полем).

При кожному проходженні через щілину дуантов частинки мають і додатково отримують різне збільшення маси (і відповідно, одержують різне збільшення радіуса, за яким їх завертає магнітне поле) залежно від напруги поля між дуантамі в момент прискорення даної частинки. Серед всіх частинок можна виділити рівноважні ( "успішні") частки. Для цих частинок механізм, автоматично підтримує сталість періоду обігу, особливо простий.

"Удачливі" частки при кожному проходженні через щілину дуантов відчувають збільшення маси і збільшення радіусу кола. Воно точно компенсує зменшення радіуса, викликане збільшенням магнітного поля за час одного обороту. Отже, "щасливі" (рівноважні) частинки можуть резонансно прискорюватися до тих пір, поки відбувається зростання магнітного поля.

Виявилося, що такий самий здатністю володіють і майже всі інші частинки, тільки розгін триває довше. У процесі прискорення всі частинки будуть відчувати коливання близько радіусу орбіти рівноважних частинок. Енергія частинок в середньому буде дорівнювати енергії рівноважних частинок. Отже, практично майже всі частинки беруть участь в резонансному прискоренні.

Якщо замість того щоб повільно збільшувати в часі магнітне поле в прискорювачі (циклотроні), маючи магніт змінним струмом, збільшувати період змінного електричного поля, доданої до дуантам, то й тоді встановиться режим «Автофазіровкі».

Далі Векслер пише:

"Може здатися, що для появи автофазіровкі і здійснення резонансного прискорення обов'язково змінювати в часі або магнітне поле, або період електричного. Насправді це не так. Мабуть, найбільш простий по ідеї (але далеко не простий по практичному здійсненню) спосіб прискорення, встановлений автором раніше за інших способів, може бути реалізований за незмінному в часі магнітному полі та постійній частоті ".

В 1955 році, коли Векслер написав свою брошуру про прискорювачах, цей принцип, як вказував автор, ліг в основу прискорювача - Мікротрон - прискорювача, що вимагає потужні джерела мікрохвиль. За твердженням Векслера, Мікротрон "не отримав ще розповсюдження (1955). Однак кілька прискорювачів електронів на енергію до 4 МеВ працює вже ряд років ".

Векслер був блискучим популяризатором фізики, але, на жаль, через зайнятість рідко виступав з популярними статтями.

Принцип автофазіровкі показав, що можна мати стійку область фаз і, отже, можна змінювати частоту прискорює поля, не побоюючись вийти з області резонансного прискорення. Необхідно тільки правильно вибрати фазу прискорення. Зміною частоти поля стало можливо легко компенсувати зміна маси частинок. Більше того, зміна частоти дозволило швидко розкручується спіраль циклотрону наблизити до кола та прискорювати частинки до тих пір, поки вистачало напруженості магнітного поля, щоб утримати частки на заданій орбіті.

Описаний прискорювач з автофазіровкой, в якому змінюється частота електромагнітного поля, називається сінхроціклотроном, або Фазотрон.

В синхрофазотрон використовується комбінація двох принципів автофазіровкі. Перший з них лежить в основі Фазотрон, про який вже говорилося, - це зміна частоти електромагнітного поля. Другий принцип використаний в синхротронах - тут змінюється напруженість магнітного поля.

З часу відкриття автофазіровкі вчені та інженери почали проектувати прискорювачі на мільярди електрон-вольт. Першим з них у нашій країні був протонний прискорювач - синхрофазотрон на 10 мільярдів електрон-вольт у Дубні.

Проектування цього великого прискорювача почалося в 1949 році за ініціативою В. І. Векслера та С. І. Вавілова, пуск в експлуатацію відбулося в 1957 році. Другий великий прискорювач побудований в Протвино поблизу Серпухова вже на енергію 70 ГеВ. На ньому працюють зараз не тільки радянські дослідники, а й фізики інших країн.

Але задовго до пуску двох гігантських "мільярдних" прискорювачів у Фізичному інституті Академії наук (ФІАН) під керівництвом Векслера були побудовані прискорювачі релятивістських частинок. У 1947 році відбувся пуск прискорювача електронів до енергій 30 МеВ, який служив моделлю більшого прискорювача електронів - синхротрона на енергію 250 МеВ. Синхротрон був запущений в 1949 році. На цих прискорювачах наукові співробітники Фізичного інституту Академії наук СРСР виконали першокласні роботи з мезонів фізики і атомного ядра.

Після запуску дубненського синхрофазотрону настав період швидкого прогресу в будівництві прискорювачів на великі енергії. В СРСР і в інших країнах були побудовані і введені в дію багато прискорювачі. До них відносяться згадуваний вже прискорювач на 70 ГеВ в Серпухові, на 50 ГеВ в Батавії (США), на 35 ГеВ в Женеві (Швейцарія), на 35 ГеВ в Каліфорнії (США). В даний час фізики ставлять перед собою завдання створення прискорювачів на кілька тераелектрон-вольт (тераелектрон-вольт - 1012 еВ).

В 1944 році, коли народився термін "автофазіровка". Векслер було 37 років. Векслер виявився обдарованим організатором наукової роботи і головою наукової школи.

Метод автофазіровкі як дозрілий плід очікував вченого-провидця, який його зніме і заволодіє ім. Через рік, незалежно від Векслера принцип автофазіровкі відкрив відомий американський вчений мак-Мілан. Він визнав пріоритет радянського вченого. Мак-Мілан не раз зустрічався з Векслер. Вони були дуже дружні, і дружба двох чудових учених ніколи нічим не затьмарювати до самої смерті Векслера.

Прискорювачі, побудовані в останні роки, хоча і засновані на принципі автофазіровкі Векслера, але, звичайно, значно удосконалені в порівнянні з машинами першого покоління.

Крім автофазіровкі, Векслер висловив інші ідеї прискорення частинок, які виявилися дуже плідними. Розвитком цих ідей Векслера широко займаються в СРСР і інших країнах.

В березні 1958 року в Будинку вчених на Кропоткинской вулиці відбулося традиційне річне збори Академії наук СРСР. Векслер виклав ідею нового принципу прискорення, названого ним "когерентним". Він дозволяє прискорювати НЕ тільки окремі частки, але і згустки плазми, що складаються з великого числа частинок. "Когерентний" метод прискорення, як обережно говорив Векслер в 1958 році, дозволяє думати про можливість прискорення частинок до енергій в тисячі мільярдів електрон-вольт і навіть вище.

В 1962 Векслер на чолі делегації вчених вилетів до Женеви для участі в роботі Міжнародної конференції з фізики високих енергій. Серед сорока членів радянської делегації були такі великі фізики, як А. І. Аліханов, Н. Н. Боголюбов, Д. І. Блохінцев, І. Я. Померанчук, М. А. Марков. Багато вчених, що входили до делегації, були фахівцями з прискорювачів та учнями Векслера.

Володимир Йосипович Векслер протягом ряду років був головою Комісії з фізики високих енергій Міжнародного союзу теоретичної та прикладної фізики.

25 Жовтень 1963 Векслер та його американському колезі - директору радіаційної лабораторії Каліфорнійського університету імені Лоуренса Едвіну Мак-Міллану -- була присуджена американська премія «Атом для світу».

Векслер був беззмінним директором Лабораторії високих енергій Об'єднаного інституту ядерних досліджень у Дубні. Тепер про перебування Векслера в цьому місті нагадує названнная його ім'ям вулицю.

В Дубні довгі роки концентрувалася науково-дослідна робота Векслера. Він поєднував свою роботу в Об'єднаному інституті ядерних досліджень з роботою у Фізичному інституті імені П. М. Лебедєва, де в далекій молодості почав свій шлях дослідника, був професором МДУ, де завідував кафедрою.

В 1963 Векслер був обраний академіком-секретарем відділення ядерної фізики Академії наук СРСР і беззмінно займав цю важливу посаду.

Наукові досягнення В. І. Векслера були високооцінені присудженням йому Державної Першої премії ступеня і Ленінської премії (1959). Видатна наукова, педагогічна, організаційна та громадська діяльність вченого була відзначена трьома орденами Леніна, орденом Трудового Червоного Прапора і медалями СРСР.

Володимир Йосипович Векслер раптово помер 20 вересня 1966 від повторного інфаркту. Йому було всього 59 років. У житті він завжди здавався молодшим за свої роки, був енергійним, діяльним і невтомним.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://erudite.nm.ru