Техника - молодёжи 2002-05, страница 65

и

и

н

ш и

л

и

Будущее автомобилестроения предсказать сложно, особенно если необходимо заглянуть на несколько десятилетий вперед. Хотя некоторые проблемы очевидны уже давно, решение их пока даже не просматривается. Например, рост численности машин в крупных городах намного опережает темпы строительства дорог, да и негде их строить — ведь требуется место и для зданий, для парковки тех же автомобилей, наконец, какую-то часть городской территории должны занимать зеленые насаждения...

Решение (если уж сохранять и впредь индивидуальные средства передвижения) может быть только одно: освоить третье, вертикальное измерение, проложив будущие автострады... в воздухе. Но на пути авто-летов стоит множество проблем. Не затрагивая сложности управления массовым воздушным движением и юридические трудности, покажу возможное решение главной задачи — энергетической. Каким же образом может быть устроен и «напитан» летающий автомобиль?

Для ответа на этот вопрос обратимся к дисциплине, казалось бы, страшно далекой от автомобилестроения, — к физике элементарных частиц и высоких энергий

В конце 1980-х гг. в Институте общей физики АН СССР (ИОФАН) В.В. Короб-киным, Р.Ф. Серовым и Г.А. Аскарьяном был открыт эффект «лазерной ЭДС (электродвижущей силы)».

Возьмем небольшое металлическое кольцо с прорезью. Если один из торцов прорези осветить импульсным лазерным лучом мощностью 1 — 10 МДж, то выбитые им электроны будут переходить на холодный торец, отчего в кольце возникнет ток чудовищной силы — порядка 50 кА! При достаточно небольших размерах кольца этому будет соответствовать магнитное поле индукцией 10⁴ Тл. По современным меркам, это суперполе в 1,5 — 2 тыс. раз мощнее, чем в современных термоядерных установках со сверхпроводящими обмотками. Правда, длительность лазерного импульса должна быть очень короткой — миллионные доли секунды, иначе кольцо расплавится или будет разорвано в магнитном поле. При малой же длительности импульса в кольце не возникает даже механических напряжений (подробнее см. «ТМ», №12 за 1991 г.).

Диаметр кольца, повторяю, должен быть небольшим — порядка нескольких миллиметров — из соображений допустимого реактивного сопротивления. Ведь по закону Ленца при любом изменении тока в проводнике возникает магнитное поле, ему препятствующее. И чем быстрее меняется ток, тем выше сопротивление индуктивности. Поэтому в кольцах большого диаметра описанный эффект даже не возникает

В предлагаемом устройстве чем мельче кольца, тем большую роль и рает в

процессе выхода энергии зазор. При заданном его размере он может составлять большую или меньшую часть от общей длины кольца — при меньшем диаметре проход относительно шире.

На первый взгляд, определенная трудность возникает с длительностью существования такого поля. Ведь миллионные доли секунды — это слишком мало даже в масштабах элементарных частиц. Но состыкуем множество колец, набрав из них соленоид, — их зазоры при этом сольются в сплошную щель. По одной ее стороне будет скользить лазерный луч.

Принципиальная схема функционирования двигателя будущего. Цифрами обозначены: 1 — лазерный луч; 2 кольца, в которых образуется лазерная ЭДС; 3 — электронное облако; 4 — зона сверхсильного магнитного поля.

Или, что то же, составной соленоид будет скользить мимо лазерной пушки. Тогда в заданной точке пространства магнитное поле будет поддерживаться столько времени, сколько нужно.

Отмечу еще одну важную особенность предложенной схемы. По всем законам электромагнитной индукции, в момент возникновения магнитного поля в первом кольце цепочки — в последующих за ним кольцах произойдет разделение зарядов, то есть на торцах возникнет разность потенциалов. Естественно, в кольце, ближайшем к тому, что находится под лазерным лучом, разность потенциалов будет максимальна, ток же в нем не потечет, так как существует зазор. Разность потенциалов означает, что плотность электронного газа на одном торце зазора возросла. Но, как установили исследователи, лазерная ЭДС пропорциональна плотности электронного газа и плотности энергии в лазерном луче. Естественно предполагать, что, когда со

седние кольца будут освещены лазером, возникающая в них ЭДС возрастет, а значит, щ щ возникающее магнитное поле тоже возрастет (по предв ри тельным подсчетам до двух поряд ов) и составит примерно 1 млн Тл.

Если наш соленоид свернуть во вращающееся кольцо, а по периметру установить лазерные пушки, то на основе описанного принципа можно получить мощное магнитное поле сразу в нескольких местах.

Итак будем считать, что мы получили мощнейшее магнитное поле в объеме двигателя. Что дальше, как, собственно, преобразовать его в движение? Не рассчитывать же на взаимодействие с земным магнитным полем - его напряженность явна недостаточна. Как же быть? На помощь придет... вакуум!

В квантовой электродинамике элек-тронно-позитронное поле связано с электромагнитным так, что энергия и импульс могут переходить туда и обратно. Это соответствует рождению и аннигиляции пар частиц. Такие пары называются виртуальными, потому что процесс их рождения и аннигиляции происходит в пределах ничтожного отрезка времени — 10²⁴ с. Иными словами, в вакууме поля рождают частицы, частицы рождают поля. При аннигиляции испускаются кванты электромагнитного излучения — фотоны или порождаются другие частицы. Отмечу, что энергия аннигиляции, согласно известной формуле Е=тс², не имеет себе равных во Вселенной.

А как, согласно подтвержденной практикой теории, ведут себя заряженные частицы в магнитном поле? Они совершают сложные движения:

1) вращаются по так называемой лар-моровской окружности;

2) центры ларморовских окружностей движутся вдоль силовых линий;

3) центры ларморовс их окружностей совершают дрейфовые движения, перпендикулярные вектору магнитной индукции.

В общем случае магнитное поле, создаваемое лазерной ЭДС, неоднородно, но в микромасштабах изменяется очень медленно. Для таких полей установлено, что при движении в них заряженные частицы сохраняют адиабатический инвариант движения, то есть отношение кинетической энергии поперечного движения W к напряженности магнитного поля Н остается постоянным. Добавлю, что при достаточно большом Н, вторым и третьим видами движения из вышеперечисленных можно пренебречь.

Рассматривая — с определенными упрощениями — процесс рождения виртуальных пар, например, электронно-по-зитронной, естественно предположить, что, возникнув они тотчас попадают под действие силы определяемой законом Кулона, которая сближает частицы до их слияния, то есть аннигиляции. Но в магнитном поле они будут двигаться по лар-моровским окружностям, то есть проан-нигилировать не смогут!

Выйдя из магнитного поля, частицы сольются но уже не как виртуальные, а как частицы реального спектра време-

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 5' 2 0 0 2

63