ВМЕСТО СОЛЕНОИДА... ВЗРЫВ!

ЮТ 1964 №1

Команда подана, в недрах барокамеры начал биться неукрощённый зверь - термоядерный шнур. Высокотемпературная плазма бросками стремится к стенкам барокамеры, магнитное поле с трудом удерживает её натиск. Чем сильнее поле, тем легче ему это удаётся.

Почти световые скорости у частиц, мчащихся в каналах гигантских ускорителей. Здесь тоже работают магнитные поля. Они держат частицы на почтительном расстоянии от стенок канала, ведут их по круговой траектории. И опять же, чем сильнее поля, тем легче держать в повиновении поток частиц, доступнее эксперимент, не так громоздко оборудование.

Но почему же нельзя сделать магнитное поле сколь угодно сильным? Что препятствует развитию столь нужной нам силы?

Сначала физики радовались. Природа создала для них... железо. Да, обычное железо обладает замечательным свойством: оно в тысячи раз усиливает магнитное поле. Достаточно создать в катушке слабенькое поле, всего в 1 эрстед, вставить в катушку железный сердечник, и сила поля возрастает до килоэрстеда или больше.

Это свойство железа нашло широчайшее применение в современной науке и технике. Начиная от трансформаторов и кончая ускорителями микрочастиц - везде применение железа основывается на этом его свойстве.

Но радоваться пришлось недолго. Оказалось, что при полях около 10-20 килоэрстед железо имеет насыщение. Повышай внешнее поле как угодно - внутри железа поле не увеличится. Именно этот порог и привёл к тому, что почти все поля, применяемые в науке и технике, имеют только такую или меньшую величину.

Вот бы найти сплав, который, имея магнитные свойства железа, обладал бы насыщающим полем в 100 или даже больше килоэрстед! Но пока такого сплава нет, и надо подумать о других методах создания сильного магнитного поля.

А может быть, позабыть о сердечнике? Взять катушку, пустить туда ток посильней - вот и получим магнитное поле какой угодно силы. Но дело в том, что токи теперь уж потребуются просто гигантские. Катушка будет нагреваться, её надо охлаждать. Все это не так сложно, сколь дорого.

В одном американском институте была создана катушка, создающая в объёме 2 куб. м напряжённость в 70 килоэрстед. Для её питания установили несколько трамвайных электрогенераторов, мощности которых хватило бы, чтобы двигать все трамваи Москвы. А охлаждение катушек потребовало столько воды, сколько течёт по трубам города с 30-тысячным населением!

Мощные магнитные поля

ЗА СЧЁТ ВРЕМЕНИ

Первым внёс ясность в, казалось бы, беспросветную ситуацию советский физик Петр Леонидович Капица, работавший в то время у знаменитого Резерфорда.

Идея его была проста - принести в жертву силе поля его длительность! Создавать поле не на часы или минуты, а всего лишь на тысячные или даже миллионные доли секунды. Но как использовать такое поле, если, как говорится, глазом не моргнул, а его уже и нет? Оказывается, можно.

Современная физика изучает самые элементарные «кирпичи», из которых состоит материя: электроны и другие частицы. Обладая малой массой, эти частицы обладают и очень малой инерционностью. Чтобы подчиниться приказу командующего поля, им нужно ничтожно малое время, во много раз меньшее, чем то, в течение которого существует само поле. Это и позволяет за столь короткое время узнать о поведении вещества при больших магнитных полях.

Используя эту идею, Капица получил поля до 300 атмоэрстед - в 10 раз превышающие те, которые могли получать физики тридцатых годов.

Конструкция Капицы была простой в принципе, но не в исполнении. Генератор постоянного тока закорачивался в ничтожно короткий срок на катушку: через неё мгновенно проходил ток в 10 тыс. ампер, и получалось нужное магнитное поле. Но что значит закоротить генератор, делающий около тысячи оборотов в минуту? Это примерно то же самое, что направить на бетонную стену паровоз, мчащийся на всех парах. Пришлось создать специальный генератор, выдерживающий такое обращение и не разваливающийся при первом же опыте.

А катушка? Под действием магнитного поля в ней возникали столь сильные напряжения, что её разрывало на части.

За прошедшие годы техника импульсных магнитных полей совершенствовалась. Чаще стал применяться другой метод создания импульса тока - посредством мгновенной разрядки большой батареи конденсаторов. Используя специальные концентраторы потока, удалось таким образом получить поля с напряжённостью 800 килоэрстед.

ВЗОРВАННЫЕ ПОЛЯ

Последнее достижение в гонке за силой магнитных полей - получение 1600 килоэрстед методом взрывного сжатия поля.

Первая стадия этого метода - импульсное поле в 100 килоэрстед по методу, описанному выше. Катушка, создающая поле, помещается в полый медный стакан с продольным разрезом. Разрез необходим, чтобы помешать образованию в стакане вихревых токов, препятствующих созданию в, катушке первичного поля.

На внешней стороне стакана расположен кольцевой детонатор. В определённый момент он поджигается, происходит взрыв, стакан сжимается к центру. При первоначальном движении стакана щель, захлопывается, и поле оказывается в ловушке. Теперь оно не может «вытечь» из внутреннего объёма стакана.

Затем под воздействием взрыва стакан сжимается в тонкую трубочку, внутри которой получается поле силой в десятки миллионов эрстед. При этом магнитное давление на внутренние стенки достигает многих миллионов атмосфер, это и не позволяет совсем захлопнуться отверстию в стакане.

В конце концов сила от магнитного давления превысит силу взрыва и начнётся обратное движение, от центра к периферии. Осколки стакана с большой силой разлетаются в разные стороны.

Новые возможности получения постоянных сверхсильных полей открыли сверхпроводники. Были созданы сплавы, выдерживающие колоссальные поля - без разрушения сверхпроводимости. Сплав ниобия и олова может выдержать поле силой до 200 килоэрстед, а сплав ванадия с галлием, по предварительным подсчётам, доведёт эту величину до 600 килоэрстед, оставаясь сверхпроводником. Работы по созданию сверхпроводящих магнитов, не требующих никакой энергии для поддержания поля, ведутся чрезвычайно интенсивно. Так - от постоянного поля к короткоживущему, а от него снова к постоянному - магнитное поле набирает и набирает силу.

В. ЗАЙЦЕВ

BACKHOME