第八七五章 加速
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直线加速器,区别于人类以往大规模建造、使用的回旋加速器,是一种更早出现、发展却相对缓慢的粒子加速器。
利用电磁场加速带电粒子,一种最直观、容易想到的方案,就是将粒子路径设置为直线,像枪炮那样用电磁场推动粒子、在末端达到最大速度,这一方案最早出现于西历1381年,但很快被回旋加速器后来居上。
到旧时代末年,人类的最大粒子加速装置,无一例外都是回旋构型。
受限于盖亚表面的地质条件,直线加速器的设计、建造,一干无法回避的难题就是选址,以及因此导致的能级限制。
众所周知,质量超过一定限度的天体,必然是球形的。
作为球状行星,很显然,盖亚表面并不存在任何天然的超长直线基址。
对人类而言,建设长度为几公里的直线建筑结构,在设计、成本与施工等方面还可接受,但在此基础上再提升一、两个数量级,代价就会大到难以接受,不仅成本飙升,一旦涉及到架空、或者穿透地壳,事实上就超出工程能力的限制。
简单计算可知,若要在盖亚表面建造一长度100公里的直线加速器,路径两端位于地表,则整条路径的最低点将位于地下两百米。
这意味着,要建设这样一座加速器,就需要在地下钻出至少几十公里的隧道。
百公里长的直线加速器,代价,还能接受,但性能也很一般。
与回旋加速器不同,直线加速器的加速过程是“一锤子买卖”,要想达到更高的能级,除提升场强外,唯一的办法就是加大长度。
一直到今天,人类仍未在盖亚表面,建造长度超过十七公里的直线加速器,
而且在可预见的未来,也不会再有。
设若要在盖亚表面,建造超级直线加速器,譬如长度上千公里的一座基础研究设施,那么,路径最低点就会到地下19.87公里.
在很多地方,接近二十公里的深度,还不会打穿地壳,但对照人类历史上钻探最深的“科拉超深井”之深度记录——12,262~12,263米,这还只是大一个直径几十公分的洞,就应该会明白,要在盖亚表面的1,000公里直线加速器,
根本一点都不现实。
当然,即便没有可行性,人类总归还是求助于“回旋加速器”。
与一锤子买卖的直线加速器不同,回旋加速器,借助电磁约束与同步交变等技术,可以很好的将不同速度之高能粒子束,禁锢在半径不变的环形路径上。
这样一来,对整体尺寸有限、周长与直径都没有很夸张的回旋加速器而言,
就有了将粒子束多次加速的机会。
通俗地讲,如果说“直线加速器”,是体育场的一百米直线跑道、一次跑完比赛结束,那么“回旋加速器”,就是场内的四百米环形跑道,只要规则允许,进行马拉松比赛也完全可以,无非是增加圈数。
不过,由于粒子在高速(接近光速)状态下,会因相对论效应而产生一些质量、性质的变化,这给有效约束带来了极大的困难。
结果则是,回旋加速器的体积优势,与能级受限间的矛盾。
从粒子加速器的概念一提出,早期的科学家,就想出了回旋加速的创意,多少年来也一直在这方面努力,但在旧时代末年,科学界普遍认为,要想达到更高的加速能级、探索物质更深层的奥秘,
就只能将希望寄托在新一代直线加速器上。
旧时代的风云变幻、波澜起伏,人类世界的沧桑巨变,让这一切都成为历史。
今天,劫后重生的净土文明,则启动了人类历史上最雄心勃勃的“新一代深空粒子加速器”计划,计划在未来五十~一百年的时间里,
建造长度达十万公里、能级达到1,000,000,000,000,000,000电子伏的超级加速器。
粒子能量达到百亿亿电子伏,这一目标,已“相当接近”人类有史以来侦测到的最高能粒子——一个想必来自宇宙深处的质子,其能量高达3*10EXP20eV。
即便还没有达到,但,比起旧时代末年的最强设施:“尤洛浦大型强子加速器”的7,000,000,000,000电子伏,也已经提升了五个数量级,从而有望获得新的实验结果,继而推动高能物理的发展。
十万公里长的设备,加速电子、质子等基本粒子,
这力量究竟会有多大呢。
换一种说法,这台预计百年后才能完全竣工的庞大工程,可以向一个质量仅为1.67*10EXP-27kg的质子,贯注0.16焦耳的能量。
0.16焦耳,显然,还是一个挺微不足道的概念,然而即便是这样的能量,足以将一瓶五百五十毫升的矿泉水抬高三厘米——一个质子这样渺小的微观粒子,具有的动能,足以将矿泉水抬起三厘米,
这是极其恐怖的概念。
十万公里的“新一代深空例子加速器”,很显然,盖亚表面是无从承载,
而必须建造在太空中。
在盖亚之外的广袤空间,建造加速器,这是科学界多少年来的一个梦想,毕竟与盖亚表面相比,太空一没有大气、无须抽真空,二没有地壳、无须搞土建,
简直就是任意驰骋、无拘无束。
不过,受旧时代人类之生产力水平的限制,这一宏伟设想,到今天才有望变为现实。
事关例子加速器,看起来,这似乎应该是物理学家关注、解析的领域,但既然这座庞然大物将部署在太空,自然就与航天机构大有关联。
当面请教任新民这样的专家,首先,方然就问起加速器的预定轨道。
轨道,对一座粒子加速器,通常是指被加速粒子的运行轨迹,但“新一代深空粒子加速器”既然要在太阳系内部署,不论主观上怎样设计,都必然得围绕太阳公转,单从径向尺寸上,甚至可以排在木星、土星之后,
成为太阳系第三大的类行星(人造)天体。
如此一来,即便方然这样的外行,也能想到深空粒子加速器不宜距离太阳过近,
否则就会被巨大的引力潮汐效应摧毁。
直线加速器,区别于人类以往大规模建造、使用的回旋加速器,是一种更早出现、发展却相对缓慢的粒子加速器。
利用电磁场加速带电粒子,一种最直观、容易想到的方案,就是将粒子路径设置为直线,像枪炮那样用电磁场推动粒子、在末端达到最大速度,这一方案最早出现于西历1381年,但很快被回旋加速器后来居上。
到旧时代末年,人类的最大粒子加速装置,无一例外都是回旋构型。
受限于盖亚表面的地质条件,直线加速器的设计、建造,一干无法回避的难题就是选址,以及因此导致的能级限制。
众所周知,质量超过一定限度的天体,必然是球形的。
作为球状行星,很显然,盖亚表面并不存在任何天然的超长直线基址。
对人类而言,建设长度为几公里的直线建筑结构,在设计、成本与施工等方面还可接受,但在此基础上再提升一、两个数量级,代价就会大到难以接受,不仅成本飙升,一旦涉及到架空、或者穿透地壳,事实上就超出工程能力的限制。
简单计算可知,若要在盖亚表面建造一长度100公里的直线加速器,路径两端位于地表,则整条路径的最低点将位于地下两百米。
这意味着,要建设这样一座加速器,就需要在地下钻出至少几十公里的隧道。
百公里长的直线加速器,代价,还能接受,但性能也很一般。
与回旋加速器不同,直线加速器的加速过程是“一锤子买卖”,要想达到更高的能级,除提升场强外,唯一的办法就是加大长度。
一直到今天,人类仍未在盖亚表面,建造长度超过十七公里的直线加速器,
而且在可预见的未来,也不会再有。
设若要在盖亚表面,建造超级直线加速器,譬如长度上千公里的一座基础研究设施,那么,路径最低点就会到地下19.87公里.
在很多地方,接近二十公里的深度,还不会打穿地壳,但对照人类历史上钻探最深的“科拉超深井”之深度记录——12,262~12,263米,这还只是大一个直径几十公分的洞,就应该会明白,要在盖亚表面的1,000公里直线加速器,
根本一点都不现实。
当然,即便没有可行性,人类总归还是求助于“回旋加速器”。
与一锤子买卖的直线加速器不同,回旋加速器,借助电磁约束与同步交变等技术,可以很好的将不同速度之高能粒子束,禁锢在半径不变的环形路径上。
这样一来,对整体尺寸有限、周长与直径都没有很夸张的回旋加速器而言,
就有了将粒子束多次加速的机会。
通俗地讲,如果说“直线加速器”,是体育场的一百米直线跑道、一次跑完比赛结束,那么“回旋加速器”,就是场内的四百米环形跑道,只要规则允许,进行马拉松比赛也完全可以,无非是增加圈数。
不过,由于粒子在高速(接近光速)状态下,会因相对论效应而产生一些质量、性质的变化,这给有效约束带来了极大的困难。
结果则是,回旋加速器的体积优势,与能级受限间的矛盾。
从粒子加速器的概念一提出,早期的科学家,就想出了回旋加速的创意,多少年来也一直在这方面努力,但在旧时代末年,科学界普遍认为,要想达到更高的加速能级、探索物质更深层的奥秘,
就只能将希望寄托在新一代直线加速器上。
旧时代的风云变幻、波澜起伏,人类世界的沧桑巨变,让这一切都成为历史。
今天,劫后重生的净土文明,则启动了人类历史上最雄心勃勃的“新一代深空粒子加速器”计划,计划在未来五十~一百年的时间里,
建造长度达十万公里、能级达到1,000,000,000,000,000,000电子伏的超级加速器。
粒子能量达到百亿亿电子伏,这一目标,已“相当接近”人类有史以来侦测到的最高能粒子——一个想必来自宇宙深处的质子,其能量高达3*10EXP20eV。
即便还没有达到,但,比起旧时代末年的最强设施:“尤洛浦大型强子加速器”的7,000,000,000,000电子伏,也已经提升了五个数量级,从而有望获得新的实验结果,继而推动高能物理的发展。
十万公里长的设备,加速电子、质子等基本粒子,
这力量究竟会有多大呢。
换一种说法,这台预计百年后才能完全竣工的庞大工程,可以向一个质量仅为1.67*10EXP-27kg的质子,贯注0.16焦耳的能量。
0.16焦耳,显然,还是一个挺微不足道的概念,然而即便是这样的能量,足以将一瓶五百五十毫升的矿泉水抬高三厘米——一个质子这样渺小的微观粒子,具有的动能,足以将矿泉水抬起三厘米,
这是极其恐怖的概念。
十万公里的“新一代深空例子加速器”,很显然,盖亚表面是无从承载,
而必须建造在太空中。
在盖亚之外的广袤空间,建造加速器,这是科学界多少年来的一个梦想,毕竟与盖亚表面相比,太空一没有大气、无须抽真空,二没有地壳、无须搞土建,
简直就是任意驰骋、无拘无束。
不过,受旧时代人类之生产力水平的限制,这一宏伟设想,到今天才有望变为现实。
事关例子加速器,看起来,这似乎应该是物理学家关注、解析的领域,但既然这座庞然大物将部署在太空,自然就与航天机构大有关联。
当面请教任新民这样的专家,首先,方然就问起加速器的预定轨道。
轨道,对一座粒子加速器,通常是指被加速粒子的运行轨迹,但“新一代深空粒子加速器”既然要在太阳系内部署,不论主观上怎样设计,都必然得围绕太阳公转,单从径向尺寸上,甚至可以排在木星、土星之后,
成为太阳系第三大的类行星(人造)天体。
如此一来,即便方然这样的外行,也能想到深空粒子加速器不宜距离太阳过近,
否则就会被巨大的引力潮汐效应摧毁。