Петро Капіца

Електромагніт можна перевантажувати, якщо збільшити струм, оточуючий обмотку. Форсаж це останній резерв на шляху досягнення надсильних полів, тому магнітні рекорди зазвичай належать творцям імпульсних систем.

Це напрямок бере початок від Вольта, який, зацікавившись електричними рибою, спробував побудувати щось подібне живій природі. Нільський сомик виявився слабким, набагато краще риба Торпедо гігантський електричний скат. Створюючи розряд напругою 50 ... 60 В, він може вбити зайшов у воду теляти, електричний вугор Амазонки створює імпульс напругою до 500 В.

До Вольта вже були відомі такі способи створення електрики, як натирання скла вовною, лейденська банку, нагрів турмаліну. Сам Вольта навчився електризувала рідини кип'ятінням і хімічними реакціями, потім він побудував вольтів стовп, опустивши два різнорідних металу в їдку рідина, однак цей джерело не мав з Торпедо нічого спільного, хоча винахідник надав своїй конструкції форму риби.

Потім природою електричного удару вугра зайнявся Фарадей. 6 грудня 1838 він доповів результати дослідів перед Королівським товариством. Фарадей використовував два металевих електрода, один кінець яких стосувався риби, а до іншого були приєднані мідні проводнічкі. Вони, в свою чергу, кріпилися до невеликого соленоїда провідникової спіралі, всередині якої містилася залізний дріт. Під час розряду вугра соленоїд створював щодо сильне магнітне поле, яке намагнічує зволікання. За розташуванням магнітних полюсів зволікання Фарадей визначав полярність напруги риби. Цей експеримент довго залишався екзотичним епізодом в історії фізики. І лише через багато років всерйоз почав займатися вивченням імпульсних магнітних полів чудовий радянський фізик академік П. Л. Капіца.

Петро Леонідович Капіца народився в 1894 р. в Кронштадті. Він закінчив Петроградський політехнічний інститут і в 1921 р. був посланий до Лондона у складі першого радянської науково-промислової делегації. Петро Леонідович і не припускав тоді, що довго проживе в Англії, створить там власну школу і перетвориться зі скромного доцента в вченого зі світовим ім'ям. Велику роль у всьому цьому зіграв інший член делегації, відомий фізик А. Ф. Іоффе. Це він послав Капицю в Кембридж просити місце в лабораторії знаменитого фізика Е. Резерфорда. Однак Резерфорд завагався: у його сургучною-мотузкової, хоча і блискучою ядерної лабораторії вже працювало 30 стажерів. Кажуть, що Капіца тоді зауважив: 30 і 31 розрізняються приблизно на 3%; оскільки Ви завжди застерігає проти рабської точності вимірювань, така Трипроцентна різниця зовсім не буде Вами помічена. Чи правильна ця версія, сказати важко, але так чи інакше Капіца залишився у Резерфорда (з умовою не вести червону пропаганду), і незабаром скромний стажист, погано знає англійську мову, став близьким до Резерфорду людиною, що має свою лабораторію. Слідом за Фарадеєм Капіца звернувся до імпульсним магнітним полям, задумав довести їх до небувалої сили.

Ось історія сходження молодого радянського фізика в Кембриджі, в Кавендішської лабораторії Резерфорда, описана ним самим у листах до матері О. І. Капіці.

12 21 серпня-го року.

... Вчора в перший раз мав розмову на наукову тему з професором Резерфордом. Він був дуже люб'язний: повів до себе в кімнату, показував прилади. В цьому чоловікові, безумовно, є щось чарівні, хоча іноді він і грубий.

1 21 листопада-го року.

... Результати, які я отримав, вже дають надію на благополучний результат моїх дослідів. Резерфорд задоволений, як передавав мені його асистент. Це позначається на його ставленні до мене. Коли він мене зустрічає, завжди говорить привітальні слова. Запросив цієї неділі пити чай до себе, і я спостерігав його будинку. Він дуже милий і простий ... Але ... коли він незадоволений, тільки тримайся, так обкладе, що моє шанування.

Для вивчення властивостей альфа - частинок П. Л. Капіца запропонував поміщати камеру Вільсона в магнітне поле. У ньому траєкторія зарядженої частинки викривляється, причому радіус викривлення залежить від імпульсу частинки.

29 Листопад 1922-го року.

Для мене сьогоднішній день до певної міри історичний ... Ось лежить малюнок на ній тільки три викривлені лінії політ альфа - частки в магнітному полі страшної сили. Ці три лінії коштували професору Резерфорду 150 фунтів стерлінгів, а мені і Емілю Яновичу трьох з половиною місяців посиленої роботи. Але ось вони тут, і в університеті про них всі знають і говорять. Дивно: всього три викривлені лінії! Крокодил дуже задоволений цими трьома кривими лініями. Правда, це тільки початок роботи, але вже з цього першого знімку можна вивести цілий ряд висновків, про які раніше або зовсім не підозрювали, або ж здогадувалися за непрямими фактами. До мене в кімнату в лабораторію приходило багато народу дивитися три викривлені лінії, люди захоплювалися ними ...

4 грудень 1922-го року.

Я ці дні був щось подібне до іменинника, 2-го в суботу був прийом у проф. Дж. Томсона з нагоди приїзду голландського фізика Зеемана. Звичайно, треба було напнути смокінг. Я говорив з Зеєману, і мене представляли приблизно таким чином, що це, мовляв, такий фізик, який вирішує такі проблеми, які вважаються неможливими (для рішення). І ці генерали мене шарпали близько 20 хвилин, поки я не ушмигнул в кут ... Сьогодні Земан і лорд Релей (син) були у мене в лабораторії і дивилися мою роботу ...

15 Червень 1923-го року.

Вчора був присвячений в доктора філософії ... Мені так дорого коштував цю мить, що я майже без штанів. Благо Крокодил позичив йому, і я зможу поїхати відпочити ...

Провівши серію експериментів в магнітних полях до 43 тис. Е (4,3 Тл), Капіца вирішив поширити вимірювання на більш сильні поля. Для цього необхідно було створити соленоїди, поле яких перевищував би колишнє приблизно в 10 разів.

Основні труднощі при створенні сильних полів полягають в тому, що для цього необхідний джерело струму величезної потужності, крім того, існує небезпека руйнування соленоїда при нагріванні. Для вирішення цих проблем Капіца запропонував створювати сильні магнітні поля на дуже короткий час, протягом якого можна ще провести необхідні вимірювання і в той же час уникнути руйнування соленоїда.

Відомо, що будь-яка обмотка має тепловою інерцією: вона не може миттєво нагрітися до температури плавлення навіть під впливом дуже великого струму. У системах, що працюють короткочасно, спрощується проблема джерела сильного струму. Тому в якості такого джерела можна використовувати пристрої, здатні дати миттєвий потужний розряд, наступний за відносно тривалим періодом зарядки. Таких пристроїв досить багато. Можна, наприклад, використовувати електричну енергію, накопичену в конденсаторної батареї, що працює при розрядки практично в режимі короткого замикання. Можна скористатися магнітною енергією, накопиченої в магнітному полі трансформатора. За розрахунками Капіци, для отримання магнітного поля 50 Тл знадобиться трансформатор з малим числом витків на вторинній обмотці, з серцевиною довжиною 2 ... 3 м і діаметром 30 ... 40 см.

Модельний експеримент з використанням магнітного поля трансформатора був без зволікання проведено П. Л. Капицею разом з відомим англійським фізиком П. М. С. Блекетт. Експеримент виявився невдалим. З'ясувалося, що швидко механічно первинну розірвати ланцюг трансформатора майже неможливо: при розриві з'являється дуга, і енергія намагніченого заліза, замість того щоб обрушитися лавиною у вторинну ланцюг, повертається в первинну і виділяється в дузі.

Конденсатори також виявилися непридатними, оскільки в той час вони були дуже недосконалі і громіздкі.

П. Л. Капіца звернувся до акумуляторних батарей. Їх теж довелося спеціально конструювати, оскільки необхідно було, щоб їх власна ємність і активний опір були б мінімальними. За допомогою нових акумуляторних батарей при їх короткому замиканні вдалося миттєво отримати ток 7 тис. А і потужність 1000 кВт. Розряджаючи батарею на один з соленоїдів з внутрішнім діаметром 1 мм, П.Л. Капіца отримав на 0,003 с (поки соленоїд не зруйнувався) магнітне поле 50 Тл. За допомогою цієї батареї було випробувано безліч соленоїдів найрізноманітніших конструкцій. В одному з соленоїдів, навиті мідною стрічкою, можна було проводити вимірювання в полі аж до 13 Тл. Коли ж цей соленоїд помістили на час досвіду в рідкий азот, виявилося можливим проводити регулярні виміри в магнітному полі з індукцією 25 Тл. Це було тим максимумом, якого вдалося в той час добитися за допомогою акумуляторів. Для отримання великих полів необхідно було шукати інший, більш потужний джерело електроенергії, який повинен був давати потужність близько 50 тис. кВт в протягом часу, поки обмотка не нагріється до 150 С (теплової межа електроізоляції), тобто протягом 0,01 С.

В січні 1923 р. в Лондоні П. Л. Капіца познайомився з молодим радянським інженером М. П. Костенко, у той час працював в Англії. Костенко, як і Капіца, був інженером-електромеханіком за освітою і закінчив той же Політехнічний інститут. Незабаром вони подружилися. Петро Леонідович запропонував своїм новим друзям подружжю Костенко разом поїхати у відпустку до Франції. Він допоміг їм отримати французькі візи, і вони разом відсвяткували в Парижі День взяття Бастилії.

Цікаво, що в той час Костенко як раз займався тими речами, які могли зацікавити Капицю, він розробляв, зокрема, електромагнітний молот і електромагнітну гармату спеціалізовані електромеханічні системи, важливим елементом яких була електрична машина, що працює в режимі короткого замикання.

Для дослідів Капіци потрібні були великі струми на досить невеликі моменти часу. І він подумував про токах короткого замикання. Костенко, що вже працював з генераторами, діючими в умовах коротких замикань (електромагнітний молот), запропонував використовувати для цієї мети великі сплески струму, що виникають при раптовому короткому замиканні синхронних генераторів. В якості нового джерела великий миттєвої потужності можна було взяти швидкохідний синхронний генератор, щоб використати протягом невеликого проміжку часу запасені раніше електромагнітну і кінетичну енергію ротора.

Костенко майстерно підібрав параметри необхідного генератора, отримавши максимально можливі для машини заданих габаритів сплески струму і відповідні магнітні поля.

Капіца ознайомив з проектом керівника Кавендішської лабораторії. Професор Резерфорд високо оцінив ідею експерименту і навіть припустив можливість створення з допомогою ударного генератора магнітних полів порядку 700 Тл (!) і тим самим, впливав на внутрішнє поле атома і змусивши всі електрони обертатися в одній площині, сплющило атом.

Костенко і Капіца стали співавторами запропонованого ними пристрої та отримав 30 червня 1926р. англійська патент. Імпульсний генератор був виготовлений і з великим успіхом випробуваний.

В як потужного джерела струму П. Л. Капіца та М. П. Костенко запропонували використовувати електрогенератор номінальною потужністю 2 тис. кВт, який у режимі короткого замикання не горів, як звичайні генератори, а видавав без аварійних наслідків протягом 0,01 с потужність 50 тис. кВт. Цей генератор був побудований фірмою Метрополітен Віккерс за розрахунками М. П. Костенко, П. Л. Капіци, Майлса Уокера. Генератор наводився в обертання спеціальним електродвигуном, отримували енергію від акумуляторних батарей.

Маса ротора генератора становила 2,5 т, діаметр його 50 см. Великий момент інерції ротора дозволяв обійтися без спеціального маховика. Генератор давав змінний струм, що було дуже важливо, оскільки великий струм короткого замикання був потрібен лише на невеликий проміжок часу. Якби генератор давав постійна струм, то по закінченні 0,01 з цей постійний струм величезної сили повинен бути вимкнений, а це саме по собі складна проблема. Змінний струм, як відомо, два рази протягом кожного періоду сам проходить через нульове значення, і вимкнути генератор, коли струм проходить нульове значення, не представляє особливих труднощів. Потрібно тільки строго синхронізувати момент проходження струму через нуль з моментами включення і виключення генератора на коротке замикання. Зробити це абсолютно точно неможливо: про виключення може збігатися з таким часом, коли струм в обмотці ще не дорівнює нулю. Тому П. Л. Капіці на всяк випадок довелося сконструювати вимикач на ток 5 тис. А (амплітуда струму 30 тис. А), що відключає ланцюг за 0,0001 с. Цей вимикач сам по собі справжній витвір інженерного мистецтва.

Соленоїд, на який обрушився колосальний струм короткого замикання генератора, являв собою котушку з мідного дроту квадратного перетину. У наступних експериментах мідь була замінена сплавом міді з кадмієм, що володіє більшою механічною міцністю при декілька підвищеному електроопору. Коли струм генератора проходив через котушку, в ній розвивалися грандіозні механічні зусилля, що досягають декількох десятків тонн. Щоб ці зусилля не розірвали обмотку, вона зовні скріплювалися міцною сталевою стрічкою, сприймає зусилля.

Це, проте, було не все. Під впливом потужних сил котушка трохи розмотувати, і кінці її відривалися від тих електровводов, через які до котушки подавався струм. Катушка за котушкою гинули внаслідок другорядного явища вже після того, як були подолані, здавалося б, всі основні труднощі. Усунення дрібниць зайняло кілька місяців. Нарешті рішення було знайдено. Капіца створив обмотку, яка могла дихати, тобто автоматично розширюватися. Один з контактів був зроблений рухомим і сам після декількох випробувань займав то положення, яке йому більше подобалося.

Інший серйозною трудністю була стислість часу, протягом якого можна було проводити вимірювання. Адже магнітне поле існувало в соленоїді всього 0,01 с, і за цей час всі експерименти треба було почати і закінчити. Крім того, роботу ускладнювали мікроземлетрясенія, що відбуваються при різкому гальмуванні генератора в той момент, коли його обмотка замикалася накоротко. Незважаючи на те, що генератор був встановлений на масивному фундаменті, що спочиває на скельний підставі на вібростійкою подушці, хвиля мікроземлетрясенія спотворювала результати вимірів. Щоб цього не відбувалося, П. Л. Капіца знайшов дуже витончений вихід. Він розташував соленоїд з об'єктом дослідження в іншому кінці залу на відстані 20 м від генератора. Хвиля землетрусу, що рухається зі швидкістю звуку в даному середовищі, проходила 20 м за 0,01 с і досягала соленоїда вже на той час, коли вимірювання проведені.

В момент короткого замикання температура в обмотці дуже сильно підвищується, а потім поступово вирівнюється. Розрахунки показали, що ця температура повинна перевищувати температуру Сонця. Це дало привід професору Еддінгтон жартівливо заявити: Роботи П. Л. Капіци, Е. Резерфорда з розщеплення атома призводять до тому, що, хоча температура в глибинах зірок, можливо, дорівнює мільйонам градусів, ці глибини є досить прохолодним місцем в порівнянні з Кавендішської лабораторією.

Ось що писав П. Л. Капіца про свої досліди Резерфорду, що перебував у той час в Каїрі.

Кембридж. 17 грудня 1925р.

Я пишу Вам цього листа в Каїр, щоб розповісти, що ми вже зуміли отримати поля, перевищують 270 тис., в циліндричному обсязі діаметром 1 см і висотою 4,5 см. Ми не змогли піти далі, тому що розірвалася котушка, і це відбулося з оглушливим гуркотом, що, безсумнівно, доставив би Вам масу задоволення, якби Ви чули його ...

Але результатом вибуху був тільки шум, оскільки, крім котушки, ніяка апаратура не зазнала руйнувань. Катушка ж не була посилена зовнішнім ободом, якою ми тепер маємо намір зробити.

... Я дуже щасливий, що загалом все пройшло добре, і відтепер Ви можете з упевненістю вважати, що 98 відсотків грошей були витрачені не даремно, і все працює справно.

Аварія стала найбільш цікавою частиною експерименту і остаточно зміцнює віру в успіх, бо тепер ми точно знаємо, що відбувається, коли котушка розривається. Ми також знаємо тепер, як виглядає дуга в 13 тис. А. Очевидно, тут взагалі немає нічого згубного для апаратури і навіть для експериментаторів, якщо вони тримаються на достатній відстані.

З страшним нетерпінням жаж?? у побачити Вас знову в лабораторії, щоб в найдрібніших деталях, деякі з них забавні, розповісти Вам про цю сутичці з машинами.

З допомогою імпульсного генератора П. Л. Капіці вдалося провести планомірні дослідження в магнітних полях до 32 Тл. Це поле, що займало обсяг усього 2 см3, стало верхньою межею впевнено одержуваного магнітного поля. Аж до цієї межі Капіца спільно з іншими вченими досліджував явища Зеемана і Пашена Бека, магнітоопір, Магнітострикція та інші ефекти.

Розглядаючи перспективи отримання ще більш сильних магнітних полів, П. Л. Капіца вказував в одній зі своїх статей, що вже в той час (в 20-і роки) стан техніки дозволяло зробити конденсаторні батареї, які могли б створити поле 200 ... 300 Тл. Проте технічні труднощі виявилися настільки великі, що тільки лише через 40 років у такий спосіб вдалося отримати поля, про які говорив П. Л. Капіца.

Рекорди, поставлені П.Л. Капицею, залишалися недоторканими більше 20 років. Вони були побиті лише в 50-х роках.

Поступово Капіца переконав Резерфорда побудувати спеціальну лабораторію для досліджень у сильних магнітних полях і при наднизьких температурах. Резерфорд підтримав ці пропозиції і навіть отримав відповідні кошти. Вирішення питання сильно полегшувалося тим, що авторитет Капіци в Кембриджі вже був надзвичайно високий його обрали навіть членом Лондонського Королівського товариства, тобто англійською академіком.

І ось на древній кембріджської землі поруч зі старими корпусами коледжу піднялося сучасне, хоча і не дуже великий будинок лабораторії імені Монд, директором якої був призначений П. Л. Капіца.

Урочисте відкриття відбулося в лютому 1933р. в присутності прем'єр-міністра Великобританії С. Болдуіна і, зрозуміло, Е. Резерфорда.

Резерфорд був надзвичайно задоволений і новим будинком, і його обладнанням, і особливо новим директором Монд - лабораторії. П. Л. Капіца, на думку Резерфорда, мав би згодом стати його наступником і по Кавендішської лабораторії.

Н. Вінер згадував:''... в Кембриджі була все ж одна дорога лабораторія, обладнана за останнім словом техніки. Я маю на увазі лабораторію російської фізика Капіци, який створив спеціальні потужні генератори, які замикалися накоротко, створюючи струми величезної сили, пропускають по масивним проводах; проводи сичали й тріщали, як розсерджені змії, а в навколишньому просторі виникало магнітне поле колосальної сили ... Капіца був піонером у створенні лабораторій-заводів з потужним обладнанням ... Зараз, у зв'язку зі створенням атомної бомби і розвитком досліджень з фізики атомного ядра, такі лабораторії стали цілком звичайними''.

Однак директором Монд - лабораторії П. Л. Капіца пробув недовго. Настав час повертатися на батьківщину, треба було налагоджувати наукову роботу в Москві створювати Інститут фізичних проблем Академії наук СРСР. Головними темами наукових досліджень цього інституту стали магнетизм і наднизькі температури.

Обидві ці проблеми повинні були вирішуватися комплексно, за участю фізиків-експериментаторів та фізиків-теоретиків. Капіца думав про те, що їх робота в рамках єдиного інституту сприятиме загальному прогресу досліджень. За його задумом тут повинні були працювати першокласні вчені, повністю віддали себе науковій творчості.

Однак Капіца приїхав до Москви, не маючи ні співробітників, ні наукової школи. Готових кадрів не було. А може, це й непогано створювати нові напрямки і традиції.

Кілька років зайняло формування та навчання основного і допоміжного складу співробітників, освіта його ядра. В інституті культивувалося служіння науці. Керівництво його також повинне було брати участь у науковому процесі. Капіца НЕ збирався відмовлятися від проведення власних досліджень. Тільки коли працюєш в лабораторії сам, своїми руками, проводиш експерименти, нехай часто навіть у самій рутинної їх частини, лише за цієї умови можна домогтися справжніх результатів в науці, писав він. Чужими руками гарної роботи не зробиш. Людина, яка віддає кілька десятків хвилин для того, щоб керувати науковою роботою, не може бути великим вченим. Я, в усякому разі, не бачив і не чув про великого вченого, який би так працював, і думаю, що цього взагалі бути не може. Я впевнений, що в той момент, коли навіть самий великий вчений перестав працювати сам в лабораторії, він не лише припиняє своє зростання, але й взагалі перестає бути вченим.

Нарешті, інститут укомплектований, в ньому ведуться дослідження ... Мені здається, мета досягнута, і інститут можна вважати не тільки одним із передових у Радянському Союзі, але й у Європі, писав радісний Капіца.

На установки для отримання надсильних магнітних полів кавендішци механік Пірсон і лаборант Лауерман допомагали продовжувати кембріджські досліди. В одному з них був зафіксовано новий рекорд отримано імпульсне магнітне поле в 50 Тл.

Світова наука гостро потребувала надсильних магнітних полях. Фізики циклотронів лабораторії Гарвардського університету, наприклад, мріяли про поля хоча б 20 Тл, які могли б помітно викривляти траєкторії часток, що потрапляють в товсті фотоемульсії. Вони використовували конденсаторні батареї.

Потужні конденсаторні батареї за 0,00001 з могли забезпечити отримання електричної потужності 1 млн. кВт або 1 млрд. Вт (потужність Дніпрогесу 600 тис. кВт), вдалося отримати магнітне поле більше 100 Тл. Раптове вивільнення величезної енергії відбувалося з гуркотом, що нагадує удар грому.

Вся ця лавина енергії заганяла в один-єдиний масивний виток. Як показав П. Л. Капіца, соленоїди звичайного типу з намотаною на них мідним дротом, виживають лише в полях до 30 ... 35 Тл. Соленоїди біттеровского типу, виготовлені з мідних дисків, виявилися стійкіше, але і вони витримували магнітні поля не вище 50 ... 70 Тл. Соленоїди не в змозі протидіяти величезним зусиллям, що виникають в таких полях. Особливо слабким місцем здавалася межвітковая ізоляція. Щоб її позбутися, довелося перейти на один-єдиний масивний виток, який разом із власником виготовили з міді, загартованої сталі або берилієвої бронзи.

Мета експериментів з'ясувати, наскільки різні метали можуть протистояти механічним і тепловим впливів надсильних імпульсних полів. Експерименти показали, що жоден метал не може без руйнування витримати зусилля, що виникають у магнітному полі 100 Тл. Здавалося б, цим і будуть обмежені успіхи фізики надсильних полів. Однак сучасними вченими, мабуть, знайдено вихід з цього скрутного становища. Він полягає в застосуванні бессілових обмоток, де використовуються принципи накладення протилежно спрямованих сил.

Розроблено велике число бессілових і малосілових обмоток. Бессіловие обмотки це остання надія фізиків на одержання стійких полів у неразрушающий обмотках в тому випадку, якщо не будуть відкриті більш міцні і тугоплавкі матеріали.

Сильні магнітні поля при розрядженні потужних конденсаторних батарей на біттеровскій соленоїд, іноді запечений для міцності в кераміку, або на окремий виток зараз широко використовуються для створення полів 20 ... 70 Тл.

Значним технічним досягненням є створення в Інституті атомної енергії імені І. В. Курчатова (С. Х. Хакімов зі співробітниками) соленоїда нового типу, що представляє собою цельноточеную спіраль з берилієвої бронзи. Цей імпульсний магніт створює в зоні діаметром 8 см магнітне поле 30 Тл.

А чи не існує способу отримання сильного магнітного поля, заснованого не на раптовому обрушення на соленоїд величезної енергії, а на якомусь іншому принципі? Радянські електротехніки Г. А. Бабат і М. С. Лозинський у 1940 р. опублікували статтю, в якій висловили ідею про концентраторі потоку.

Цю ідею легко зрозуміти. Уявімо собі розрізану трубку зі струмом, з боку розрізу замкнуту металевим поршнем. Всередині трубки струм створює магнітне поле, яке характеризується густотою магнітних силових ліній, тобто кількістю їх, припадає на одиницю площі перетину внутрішній області трубки. Що станеться, якщо поршень раптово ввести у внутрішню область трубки? Внутрішній перетин трубки різко скоротиться. Так як число силових ліній, зчеплених з трубкою, миттєво змінитися не може, щільність їх у зменшити перетин настільки ж різко зросте. Отже, зростуть і магнітна індукція, і напруженість магнітного поля.

Таким чином, принцип концентрації потоку зводиться до того, що поле щодо невеликий напруженості створюється спочатку у великому обсязі, потім розтин магнітного потоку різко скорочують поле різко зростає.

Острів Гауленд і Фонер, використовуючи ідею Г. А. Бабата і М. С. Лозинського, створили концентратор без механічного скорочення робочої зони магніту. З'ясувалося, що, помістивши усередині соленоїда масивний виток з невеликим внутрішнім діаметром, можна також добитися ефекту концентрації: при імпульсі струму в зовнішній обмотці в масивному витку наводяться вихрові струми, які витісняють магнітний потік до центрального отвору масивного витка. За допомогою концентраторів отримано магнітне поле 45 Тл, у той час як в соленоїді без масивного витка полі більш 30 ... 35 Тл отримати дуже важко.

В інших експериментах отримано магнітне поле 20 Тл в значному обсязі (приблизно рівному об'єму склянки). У цей обсяг вставлялися товсті фотоемульсії для дослідження ядерних процесів. Батарея конденсаторів при цьому мала масу більше 30 т.

Вершиною, вінчає всі дослідження в області надсильних магнітних полів, стала серія експериментів, проведених кілька років тому радянськими фізиками під керівництвом академіка А. Д. Сахарова.

Розглядаючи ідею концентрації магнітного потоку і розуміючи, що ефект концентрації тим вище, чим швидше відбудеться схлопування зони концентрації, можна прийти до висновку, що цей ефект буде найбільш успішним в тому випадку, якщо схлопування зробити за допомогою вибухових речовин.

Якщо всередині замкнутого масивного витка якимось чином створити магнітне поле, то потім, стискаючи виток за допомогою кумулятивного вибуху, можна домогтися того, що щільність магнітного поля всередині звуженого витка сильно зросте. Це відбувається в силу тієї обставини, що магнітний потік, зчеплений з якимось контуром, не може миттєво змінюватися. Аналогічні ідеї були пізніше випробувані й американськими фізиками в Лос - Аламоської лабораторії.

Пристрій, використане у радянських експериментах, схематично зображено на рис. 6. Первісне магнітне поле 100 Тл створюється за допомогою пристрою, також що працює на вибуховий принципі. Металеве кільце-виток діаметром 7,5 ... 10 см оточують 4 ... 8 кг вибухівки. Коли зовнішнє поле досягає максимуму, вибухівку підривають і кільце за 0,000001 с, тобто зі швидкістю 4 км/с, звужується до 0,4 см.

В процесі схлопиванії радянськими фізиками було заміряні магнітне поле 2500 Тл, а американськими 1460 Тл. (Це рекордна магнітне поле було отримано шляхом послідовного використання двох вибухових, або магнітокумулятівних, генераторів МК-1, МК-2. Другий з них використовувався для створення запального поля, яке потім охлопивалось генератором МК-1.) Подальші вимірювання поля були неможливі, оскільки під час схлопиванії діаметр кільця зменшувався настільки, що воно розчавлювали датчик, за допомогою якого виробляли вимірювання. Весь процес тривав мільйонні частки секунди.

А. Д. Сахаров вважає, що досягнуте поле не межа. Використовуючи інші вибухові речовини, наприклад ядерні заряди, можна отримати магнітні поля, рівні 10000 Тл. Такі поля існують лише в надрах планет і зірок. Тиск магнітного поля зростає пропорційно квадрату його напруженості, тому при досягненні настільки сильних полів будуть розвиватися та відповідні тиску.

Проведення експериментів при одночасному сполученні настільки сильного поля та тиску має надзвичайно велике значення для вивчення, наприклад, процесів, що відбуваються всередині планет і зірок, при гравітаційному колапсі сверхзвезд і т.п.

Застосовують Чи імпульсні поля в техніці? Перспективи технічного використання імпульсних полів дуже багатообіцяючі, хоча ця область техніки поки робить свої перші кроки.

З допомогою імпульсного магнітного поля, наприклад, наклепивают захисну металеву трубку на сталевий трос. Тиск, що розвивається імпульсним полем, настільки велике, що трубка притискають до негладких поверхні троса з такою щільністю, яку неможливо отримати іншим способом.

Точно так само можна використовувати електромагнітні зусилля, що виникають у потужних магнітних полях, для штампування деталей, запресовування провідних елементів в ізоляційні втулки та інших технічних цілей. Надсильні магнітні поля, мабуть, знайдуть застосування в далекого космічного радіозв'язку, при вивченні елементарних частинок і властивостей плазми.

Бути може, найбільш грандіозний і сміливий проект використання імпульсних полів у фізичних дослідженнях проект, в якому пропонується застосовувати великий магнітокумулятівний генератор для отримання заряджених частинок з колосальною енергією. Щоб розігнати частинки до енергії 10 в 12 ступені еВ, як заряду буде потрібно використовувати ядерний пристрій. Вибух передбачається здійснити в камері об'ємом 10 в 4 ступеня м3, що знаходиться на дні шахти глибиною 1 км. Дивно, що це, здавалося б, шалено дорогий пристрій повинно бути значно дешевше звичайного прискорювача, що дає частинки з тією ж енергією.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.ronl.ru/