Техника - молодёжи 1966-08, страница 10

ским воспоминанием в истории физики. И лишь через много лет после Фара-дея всерьез начал осваивать импульсные магнитные поля земечательный советский физик академик П. Л. Капица.

Для изучения свойств альфа-частиц он поместил камеру Вильсона в магнитное поле. При этом траектория движения заряженной частицы искривляется, причем радиус искривления зависит от скорости частицы. Для подобных установок нужны были сильные поля, до того времени неизвестные науке.

Тут и родилась Идея импульса — создать магнитные поля на очень короткий срок, во время которого можно еще провести необходимые измерения. Этим можно было бы убить сразу двух зайцев. Во-первых, любая обмотка соленоида, а именно их использовал Капица, обладает тепловой инерцией. Даже под влиянием очень большого тока она не может мгновенно нагреться до температуры плавления. Во-вторых, сильно упрощается проблема источника сильного тока. Сильный ток необходим лишь в течение очень короткого времени, и, следовательно, можно применять устройства, способные к мгновенному мощному разряду, следующему за относительно продолжительным периодом зарядки. Короче говоря, можно использовать разряд конденсатора или аккумулятор в режиме короткого замыкания.

Прежде всего П. Л. Капица обратился к аккумуляторным батареям. Их тоже пришлось специально конструировать, поскольку необходимо было, чтобы их собственная емкость и активное сопротивление были минимальны. С помощью этих новых аккумуляторных батарей удалось достигнуть, при их коротком замыкании, значений мгновенного тока в 7000 а и мгновенной мощности 1000 квт. Разряжая батарею на один из соленоидов, Капица получил на три тысячных доли секунды, пока соленоид не разрушился, магнитное поле напряженностью в полмиллиона эрстед.

САМОЕ ГОРЯЧЕЕ МЕСТО НА ЗЕМЛЕ

Другой серьезной трудностью была краткость времени, в течение которого можно было производить измерения. Ведь магнитное поле существовало в соленоиде всего одну сотую долю секунды, и за это мгновенье надо успеть закончить все эксперименты.

6

Кроме того, серьезную проблему создавали микроземлятрясения, происходящие при резком торможении генератора в тот момент, когда его обмотка замыкалась накоротко. Несмотря на то, что генератор был установлен на массивном изолированном фундаменте, покоящемся на скальном основании на виброустойчивой подушке, волна микроземлетрясения искажала результаты измерений. Чтобы этого не происходило, Капица предложил весьма изящный выход. Он расположил соленоид с объектом исследования на расстоянии двадцати метров от генератора — в другом конце комнаты. Волна землетрясения, двигающаяся со скоростью звука в данной среде, проходит двадцать метров за одну сотую секунды и достигает соленоида уже к тому моменту, когда измерения проведены и окончены.

■В момент короткого замыкания в обмотке образуются очень высокие местные температуры, постепенно рассасывающиеся. Расчеты показывают, что эти местные температуры должны были бы превышать температуру на Солнце. Это дало повод профессору Эддингтону шутливо заявить, что работы Капицы и работы Резерфорда по расщеплению атомов приводят к тому, что хотя температура в глубинвх звезд, быть может, и равна миллионам градусов, но все равно звезды являются довольно прохладным местом по сравнению с Кэвендишской лабораторией — советский ученый работал в то время в Англии.

С помощью импульсного генератора Капице удалось провести планомерные исследования в магнитных полях вплоть до 320 тыс. эрстед. Это поле, появившееся в объеме двух кубических сантиметров, стало верхней границей уверенно получаемых напряженностей магнитного поля.

ЗА МИЛЛИОННУЮ ОТМЕТКУ

Более двадцати лет держался рекорд П. Л. Капицы. И вот науке оказалось уже мало трех сотен тысяч эрстед, что получил советский физик. Ученых вынуждала необходимость — исследование элементарных частиц, обладающих большой скоростью. Ведь их трудно завернуть небольшим полем. Но сама по себе задача создания сильных магнитных полей оказалась настолько сложной и интересной, что физики занялись ею уже не как приложением к методам регистрации

ядерных реакций, а вполне самостоятельно.

Вскоре при помощи мощных конденсаторных батарей, которые в течение одной стотысячной доли секунды могли давать электрическую мощность в миллион киловатт (мощность Днепрогэса — 600 000 тыс. кет), ученые пересекли миллионную отметку. Внезапное высвобождение этой энергии происходило с грохотом, напоминающим удар грома.

И вся эта лавина энергии загоняется в один-единственный массивный виток. Как было показано П. Л. Капицей, соленоиды обычного типа, намотанные медной проволокой, «выживают» лишь в полях до 300—350 тыс. эрстед. Соленоиды нового типа, изготовленные им из медных дисков, оказались устойчивее, но и они выдерживают магнитные поля с напряженностью не выше 500— 700 тыс. эрстед. Соленоид не в состоянии противодействовать громадным усилиям, возникающим в таких полях. Особенно слабым местом оказывается межвитковая изоляция. Чтобы от нее избавиться, и пришлось перейти на один-единственный массивный виток. Но и тут природа поставила заграждение. Оказалось, что поле в 700 тыс. эрстед и есть предел, когда могут выстоять без разрушения самые устойчивые материалы.

А как быть дальше? Неужели идеи создания воспроизводимых магнитных полей большей напряженности обречены на провал?

Ответ на этот вопрос дали люди, весьма далекие от проблем создания сильных магнитных полей, — астрофизики. Наблюдая за ночным мерцающим небом, ученые задумались над таким вопросом.

Известно, что в космическом пространстве существуют, хотя и слабые (доли эрстеда), магнитные поля, которые создаются облаками межзвездного газа. Этот чрезвычайно разрозненный, эфемерный газ тем не менее «находит в себе силы» не распадаться, не разгоняться во все стороны под действием чудовищного для него по силе воздействия магнитного поля. Не существуют ли такие конфигурации магнитного поля, которые являются «бессиловыми» в том смысле, что эти поля не стремятся расшириться или изменить свою форму?

Отталкиваясь от этой «сумасшедшей» идеи, ученые начали разрабатывать конструкцию «бессиловых» конфигураций и вскоре, к своему удивлению, увидели, что проблема отнюдь не безнадежна и не так уже запутанна.

Представим себе группу проволочек, намотанных таким образом, что они создают два поля (в действительности-то поле одно; однако для удобства рассуждений можно разделить его не осевое и круговое, которые в сумме дают истинное «поле). Осевое поле обмотки стремится разорвать ее; поле, окружающее обмотку, напротив, стремится ее сжать. Таким образом, противоположные усилия взаимно уничтожаются. Тем не менее эта система непрактична, поскольку сильное поле, сдавливая обмотку с обеих сторон, в конце концов разрушит ее.

Более практичной, возможно, окажется многослойная обмотка, где внутренние слои почти параллельны оси,

i