Печать

ATLAS

ATLAS (от англ. A Toroidal LHC ApparatuS) — один из четырех основных экспериментов на  коллайдере LHC в европейской организации ядерных исследований CERN в городе Женева (Швейцария). Эксперимент    проводится на одноимённом детекторе, предназначенном для исследования протон-протонных столкновений. Другие  эксперименты на коллайдере LHC — ALICE, CMS, TOTEM, LHCb и LHCf. Размеры детектора ATLAS: длина — 46 метров,  диаметр — 25 метров, общий вес — около 7000 тонн. В проекте участвуют около 2000 ученых и инженеров из 165  лабораторий и университетов из 35 стран, в том числе и из России.[1] Эксперимент предназначен для поиска    сверхтяжелых элементарных частиц, таких как бозон Хиггса и суперсимметричные партнеры частиц Стандартной Модели.  Физики считают, что эксперименты на детекторах ATLAS и CMS могут пролить свет на физику за рамками Стандартной  Модели.

Коллаборация ATLAS, то есть группа физиков, строящих детектор и проводящих на нем эксперименты, была создана  в 1992 году, когда два экспериментальных проекта для программы исследований на LHC, EAGLE (Experiment  for Accurate Gamma, Lepton and Energy Measurements) и ASCOT (Apparatus with Super COnducting Toroids) объединили усилия и начали проектировать единый детектор общего назначения. Дизайн н

ового аппарата базировался на основе наработок обеих коллабораций, а также команд, пришедших из проекта коллайдера SSC в США, закрытого в 1993 году. Эксперимент ATLAS в его нынешнем состоянии был предложен в 1994 году и официально одобрен руководством CERN в 1995 году. За время, прошедшее с момента создания

коллаборации, все новые и новые группы физиков из разных университетов и стран присоединяются к коллаборации, и в настоящее время коллаборация ATLAS — одно из самых больших официальных сообществ в физике элементарных частиц. Сборка детектора ATLAS на подземной площадке в CERN началась в 2003 году после остановки предыдущего ускорителя LEP.

ATLAS разрабатывался как многоцелевой детектор. Когда создаваемые Большим Адронным Коллайдером встречные протонные пучки сталкиваются в центре детектора, возникают различные частицы с широким спектром энергий. Вместо того, чтобы сосредотачиваться на специфическом физическом процессе, ATLAS разработан для измерения самого широкого диапазона сигналов от рождения и распада частиц. Это гарантирует, что, независимо от формы, которую могли бы принять любые новые физические процессы или частицы, ATLAS будет в состоянии обнаружить их и измерить их свойства. Эксперименты на предыдущих коллайдерах, вроде Теватрона или большого электрон-позитронного коллайдера LEP, были основаны на сходных идеях. Однако уникальность Большого Адронного Коллайдера — беспрецедентные энергии и чрезвычайно высокая частота столкновений — делает ATLAS больше и сложнее построенных до сих пор детекторов.

Газовые лазеры

Гелий-неоновый лазер-Интерферометрия, голография, спектроскопия, считывание штрих-кодов, демонстрация  оптических эффектов.

Аргоновый лазер-Лечение сетчатки глаза, литография, накачка других лазеров.

Криптоновый лазер-Научные исследования, в смеси с аргоном лазеры белого света, лазерные шоу.

Ксеноновый лазер-Научные исследования.



 

Благородные газы в медицине

В настоящее время бесспорной является возможность использования индифферентных газов (инертных газов, а  также азота и водорода) в составе газовых смесей и сред при глубоководных водолазных работах.

Эти же газы широко используются в практике создания искусственной среды обитания для замкнутых гермообъектов.  Так, перспективным является создание пожаробезопасной среды в таких объектах, как космические корабли и станции.

Помимо этого проводятся работы по внедрению новых методов лечения и реабилитации больных

газовыми смесями, содержащими инертные газы. Являясь химически инертными, они, тем не менее,  обладают широким  спектром биологического действия. Благородные газы относятся к нетоксичным средствам, оказывающим на организм  целый ряд биологических эффектов.

В терапии использование кислородно-гелиевых смесей эффективно при лечении ряда заболеваний органов дыхания и  сердечно-сосудистой системы, реабилитации после переохлаждения и физических нагрузок. Гелий, обладающий чрезвычайно высокой проникающей способностью и теплопроводностью, обеспечивает увеличение объемной скорости движения газовой смеси, улучшает газообмен, нормализует газовый состав крови и кислотно-щелочное равновесие, увеличивает оксигенацию артериальной крови,  уменьшает работу дыхательной мускулатурыи оптимизирует деятельность дыхательного центра.

Применение кислородно-аргоновых гипоксических смесей (с содержанием кислорода 10-15%) повышает резистентность организма человека и млекопитающих к гипоксической гипоксии и улучшает сон после психофизических нагрузок.

Криптон нашёл некоторое применение в водолазной практике, космической и экстремальной медицине для создания безопасной дыхательной газовой среды с заданными свойствами в гермозамкнутых объектах и для проведения анестезии под повышенным давлением. Анестетическая сила криптона слабее, чем ксенона, что даёт более широкий, чем у ксенона спектр применения для лечения и реабилитации при нормальном давлении, обеспечивая достаточную анестезию при повышенном давлении. При наркозе иногда применяется смесь криптона с закисью азота. 87Kr (T=1,27 ч) используют в медицине как источник β-излучения. С помощью короткоживущего (Т=13 сек) изотопа криптона - 81м Kr - изучают функции легких. Пациент вдыхает

небольшое количество газа, поступление которого в различные участки легких регистрируется с помощью гамма-камеры.

С помощью кислородно-ксеноновых смесей возможна терапия бессонницы, неврозов различной

этиологии, реактивных и абстинентных состояний, снижения болевой чувствительности. Ксенон – идеальный анестетик и уже сейчас активно применяется для наркоза. Ксенон сильно поглощает рентгеновское излучение и помогает найти места поражения. При этом он совершенно безвреден. Поэтому ксеноном пользуются при рентгеноскопических обследованиях головного мозга. Радиоактивный изотоп 133Хе, используют при исследовании функциональной деятельности легких и сердца.

 

Эксимерный лазер

Эксимерный лазер — разновидность ультрафиолетового газового лазера, широко применяемая в глазной хирургии  (лазерная коррекция зрения) и полупроводниковом производстве.

Термин эксимер (англ. excited dimer) обозначает возбуждённый димер и обозначает тип материала, используемого в  качестве рабочего тела лазера.

Первый эксимерный лазер был представлен в 1971 году Николаем Басовым, В. А. Даниличевым и Ю. М. Поповым,  в Физическом институте им. П. Н. Лебедева в г. Москве. Лазер использовал димер ксенона (Xe2), возбуждаемый  пучком электронов для получения вынужденного излучения с длиной волны 172 нм. В дальнейшем стали использовать  смеси благородных газов с галогенами(например, XeBr), что было запатентовано в 1975 году Джорджем Хартом и  Стюартом Сирлесом из исследовательской лаборатории ВМС США.

Лазерное излучение эксимерной молекулы происходит вследствие того, что она имеет «притягивающее» (ассоциативное) возбуждённое состояние и «отталкивающее» (не ассоциативное) основное — то есть молекул в основном состоянии не существует. Это объясняется тем, что благородные газы, такие как ксенон или криптон высокоинертны и обычно не образуют химических соединений. В возбуждённом состоянии (вызванном электрическим разрядом), они могут образовывать молекулы друг с другом (димеры) или с галогенами, такими как фтор или хлор. Поэтому появление молекул в возбуждённом связанном состоянии автоматически создаёт инверсию населённостей между двумя энергетическими уровнями. Такая молекула, находящаяся в возбуждённом состоянии, может отдать свою энергию в виде спонтанного или вынужденного излучения, в результате чего молекула переходит в основное состояние, а затем очень быстро (в течение пикосекунд) распадается на составляющие атомы.

Несмотря на то, что термин димер относится только к соединению одинаковых атомов, а в большинстве эксимерных лазеров используются смеси благородных газов с галогенами, название прижилось и используется для всех лазеров аналогичной конструкции.

Длина волны эксимерного лазера зависит от состава используемого газа.

Эксимерные лазеры обычно работают в импульсном режиме с частотой 100 Гц и длиной импульса около 10 нс, иногда эти значения могут достигать 200 Гц и 30 нс. Мощное ультрафиолетовое излучение таких лазеров позволяет их широко применять в хирургии (особенно глазной), в процессах литографии в полупроводниковом производстве, а также в дерматологии. Сегодня эти устройства довольно громоздки, что является недостатком при широком медицинском применении (см. LASIK), однако их размеры постоянно уменьшаются благодаря современным разработкам.


Ионный двигатель

Ионный двигатель — хорошо отработанная на практике и исторически первая разновидность электрического ракетного двигателя. Недостатком ионного двигателя является малая тяга (например разгон космического аппарата с весом автомобиля от 0 до 100 км/ч требует больше двух суток непрерывной работы ионного двигателя), которую невозможно увеличить из-за ограничений объемного заряда. Однако малый расход топлива (точнее рабочего тела) и продолжительное время функционирования ионного двигателя (максимальный срок непрерывной работы самых современных образцов ионных двигателей составляет более пяти лет) позволяет за длительный промежуток времени разогнать космический аппарат небольшого веса до приличных скоростей. Сфера применения: управление ориентацией и положением на орбите искусственных спутников Земли (некоторые спутники оснащены десятками маломощных ионных двигателей) и главный тяговый двигатель небольшой автоматической космической станции. Характеристики ионного двигателя: потребляемая мощность 1-7 кВт, скорость истечения 20-50 км/с, тяга 20-250мН, КПД 60-80 %. Его рабочим телом является ионизированный газ (аргон, ксенон и т. п.).

Ионному двигателю в настоящее время принадлежит рекорд негравитационного ускорения космического аппарата в космосе без использования жидкостного ракетного двигателя — Deep Space 1 смог увеличить скорость на 4,3 км/с, израсходовав 74 кг ксенона (но этот рекорд скорости в ближайшее время будет превзойден на 10 км/с космическим аппаратом Dawn). Однако ионный двигатель не является самым перспективным типом электроракетного двигателя, поэтому данный рекорд скорости скорее всего будет превзойден холловским или магнитоплазмодинамическим двигателем.