Реферат: Петр Капица

Электромагнитможно перегружать, если увеличить ток, обтекающий обмотку. Форсаж это последнийрезерв на пути достижения сверхсильных полей, поэтому магнитные рекорды обычнопринадлежат создателям импульсных систем.

Это направлениеберет начало от Вольта, который, заинтересовавшись электрическими рыбами,попробовал построить что-то подобное живой природе. Нильский сомик оказалсяслабым, гораздо лучше рыба Торпедо гигантский электрический скат. Создаваяразряд напряжением 50...60 В, он может убить зашедшего в воду теленка,электрический угорь Амазонки создает импульс напряжением до 500 В.

До Вольта ужебыли известны такие способы создания электричества, как натирание стеклашерстью, лейденская банка, нагрев турмалина. Сам Вольта научился электризоватьжидкости кипячением и химическими реакциями, потом он построил вольтов столб,опустив два разнородных металла в едкую жидкость, однако этот источник не имелс Торпедо ничего общего, хотя изобретатель придал своей конструкции форму рыбы.

Потом природойэлектрического удара угря занялся Фарадей. 6 декабря 1838 г. он доложилрезультаты опытов перед Королевским обществом. Фарадей использовал дваметаллических электрода, один конец которых касался рыбы, а к другому былиприсоединены медные проводнички. Они, в свою очередь, крепились к небольшомусоленоиду проволочной спирали, внутри которой помещалась железная проволока. Вовремя разряда угря соленоид создавал относительно сильное магнитное поле,которое намагничивало проволочку. По расположению магнитных полюсов проволочкиФарадей определял полярность напряжения рыбы. Этот эксперимент долго оставалсяэкзотическим эпизодом в истории физики. И лишь много лет спустя всерьез началзаниматься изучением импульсных магнитных полей замечательный советский физик академикП. Л. Капица.

Петр ЛеонидовичКапица родился в 1894 г. в Кронштадте. Он окончил Петроградский политехническийинститут и в 1921 г. был послан в Лондон в составе первой советскойнаучно-промышленной делегации. Петр Леонидович и не предполагал тогда, чтодолго проживет в Англии, создаст там собственную школу и превратится изскромного доцента в ученого с мировым именем. Большую роль во всем этом сыгралдругой член делегации, известный физик А. Ф. Иоффе. Это он послал Капицу вКембридж просить место в лаборатории знаменитого физика Э.Резерфорда. ОднакоРезерфорд заколебался: в его сургучно-веревочной, хотя и блестящей ядернойлаборатории уже работало 30 стажеров. Говорят, что Капица тогда заметил: 30 и31 различаются примерно на 3%; поскольку Вы всегда предостерегаете противрабской точности измерений, такая трехпроцентная разница вовсе не будет Вамизамечена. Правильна ли эта версия, сказать трудно, но так или иначе Капицаостался у Резерфорда (с условием не вести красную пропаганду), и вскоре скромныйстажер, плохо знающий английский язык, стал близким к Резерфорду человеком,имеющим свою лабораторию. Вслед за Фарадеем Капица обратился к импульсныммагнитным полям, задумав довести их до небывалой силы.

Вот историявосхождения молодого советского физика в Кембридже, в Кавендишской лабораторииРезерфорда, описанная им самим в письмах к матери О. И. Капице.

12 августа 21-гогода.

… Вчера в первыйраз имел разговор на научную тему с профессором Резерфордом. Он был оченьлюбезен: повел к себе в комнату, показывал приборы. В этом человеке,безусловно, есть что-то обаятельное, хотя порою он и груб.

1 ноября 21-гогода.

… Результаты,которые я получил, уже дают надежду на благополучный исход моих опытов.Резерфорд доволен, как передавал мне его ассистент. Это сказывается на егоотношении ко мне. Когда он меня встречает, всегда говорит приветственные слова.Пригласил в это воскресенье пить чаи к себе, и я наблюдал его дома. Он оченьмил и прост… Но… когда он недоволен, только держись, так обложит, что моепочтение.

Для изучениясвойств альфа — частиц П. Л. Капица предложил помещать камеру Вильсона вмагнитное поле. В нем траектория заряженной частицы искривляется, причем радиусискривления зависит от импульса частицы.

29 ноября 1922-гогода.

Для менясегодняшний день до известной степени исторический… Вот лежит фотография наней только три искривленные линии полет альфа — частицы в магнитном полестрашной силы. Эти три линии стоили профессору Резерфорду 150 фунтовстерлингов, а мне и Эмилю Яновичу трех с половиной месяцев усиленной работы. Новот они тут, и в университете о них все знают и говорят. Странно: всего триискривленные линии! Крокодил очень доволен этими тремя искривленными линиями.Правда, это только начало работы, но уже из этого первого снимка можно вывестицелый ряд заключений, о которых прежде или совсем не подозревали, или жедогадывались по косвенным фактам. Ко мне в комнату в лабораторию приходиломного народу смотреть три искривленные линии, люди восхищались ими…

4 декабря 1922-гогода.

Я эти дни былчто-то вроде именинника, 2-го в субботу был прием у проф. Дж. Томсона по случаюприезда голландского физика Зеемана. Конечно, надо было напялить смокинг. Яговорил с Зееманом, и меня представляли примерно таким образом, что это,дескать, такой физик, который решает такие проблемы, которые считаютсяневозможными (для решения). И эти генералы меня трепали около 20 минут, пока яне ушмыгнул в угол… Сегодня Зееман и лорд Релей (сын) были у меня влаборатории и смотрели мою работу…

15 июня 1923-гогода.

Вчера былпосвящен в доктора философии… Мне так дорого стоил этот миг, что я почти безштанов. Благо Крокодил дал взаймы, и я смогу поехать отдохнуть…

Проведя сериюэкспериментов в магнитных полях до 43 тыс. Э (4,3 Тл), Капица решилраспространить измерения на более сильные поля. Для этого необходимо былосоздать соленоиды, поле которых превышало бы прежнее примерно в 10 раз.

Основныетрудности при создании сильных полей заключаются в том, что для этого необходимисточник тока огромной мощности, кроме того, существует опасность разрушениясоленоида при нагревании. Для решения этих проблем Капица предложил создаватьсильные магнитные поля на очень короткое время в течение которого можно ещепровести необходимые измерения и в то же время избежать разрушения соленоида.

Известно, чтолюбая обмотка обладает тепловой инерцией: она не может мгновенно нагреться дотемпературы плавления даже под влиянием очень большого тока. В системах,работающих кратковременно, упрощается проблема источника сильного тока. Поэтомув качестве такого источника можно использовать устройства, способные датьмгновенный мощный разряд, следующий за относительно продолжительным периодомзарядки. Таких устройств довольно много. Можно, например, использоватьэлектрическую энергию, накопленную в конденсаторной батарее, работающей приразрядке практически в режиме короткого замыкания. Можно воспользоватьсямагнитной энергией, накопленной в магнитном поле трансформатора. По расчетамКапицы, для получения магнитного поля 50 Тл понадобится трансформатор с малымчислом витков на вторичной обмотке, с сердечником длиной 2...3 м и диаметром30...40 см.

Модельныйэксперимент с использованием магнитного поля трансформатора был без промедленияпроведен П. Л. Капицей вместе с известным английским физиком П. М. С.Блэкеттом. Эксперимент оказался неудачным. Выяснилось, что быстро механическиразорвать первичную цепь трансформатора почти невозможно: при разрывепоявляется дуга, и энергия намагниченного железа, вместо того чтобы обрушитьсялавиной во вторичную цепь, возвращается в первичную и выделяется в дуге.

Конденсаторытакже оказались непригодными, поскольку в то время они были весьма несовершенныи громоздки.

П. Л. Капицаобратился к аккумуляторным батареям. Их тоже пришлось специальноконструировать, поскольку необходимо было, чтобы их собственная емкость иактивное сопротивление были бы минимальными. С помощью новых аккумуляторныхбатарей при их коротком замыкании удалось мгновенно получить ток 7 тыс. А имощность 1000 кВт. Разряжая батарею на один из соленоидов с внутреннимдиаметром 1 мм, П.Л. Капица получил на 0,003 с (пока соленоид не разрушился)магнитное поле 50 Тл. С помощью этой батареи было испытано множество соленоидовсамых разнообразных конструкций. В одном из соленоидов, навитом медной лентой,можно было проводить измерения в поле до 13 Тл. Когда же этот соленоидпоместили на время опыта в жидкий азот, оказалось возможным проводитьрегулярные измерения в магнитном поле с индукцией 25 Тл. Это было тем максимумом,которого удалось в то время добиться с помощью аккумуляторов. Для получениябольших полей необходимо было искать другой, более мощный источникэлектроэнергии, который должен был давать мощность порядка 50 тыс. кВт втечение времени, пока обмотка не нагреется до 150 С (тепловой пределэлектроизоляции), т.е. в течение 0,01 С.

В январе 1923 г.в Лондоне П. Л. Капица познакомился с молодым советским инженером М. П.Костенко, в то время работавшим в Англии. Костенко, как и Капица, былинженером-электромехаником по образованию и окончил тот же Политехническийинститут. Вскоре они подружились. Петр Леонидович предложил своим новым друзьямсупругам Костенко вместе съездить в отпуск во Францию. Он помог им получитьфранцузские визы, и они вместе отпраздновали в Париже День взятия Бастилии.

Интересно, что вто время Костенко как раз занимался теми вещами, которые могли заинтересоватьКапицу, он разрабатывал, в частности, электромагнитный молот и электромагнитнуюпушку специализированные электромеханические системы, важным элементом которыхбыла электрическая машина, работающая в режиме короткого замыкания.

Для опытов Капицынужны были большие токи на весьма небольшие моменты времени. И он подумывал отоках короткого замыкания. Костенко, уже работавший с генераторами,действующими в условиях коротких замыканий (электромагнитный молот), предложилиспользовать для этой цели большие всплески тока, возникающие при внезапномкоротком замыкании синхронных генераторов. В качестве нового источника большоймгновенной мощности можно было взять быстроходный синхронный генератор, чтобыиспользовать в течение небольшого промежутка времени запасенную ранееэлектромагнитную и кинетическую энергию ротора.

Костенкомастерски подобрал параметры необходимого генератора, получив максимальновозможные для машины заданных габаритов всплески тока и соответствующиемагнитные поля.

Капица ознакомилс проектом руководителя Кавендишской лаборатории. Профессор Резерфорд высокооценил идею эксперимента и даже предположил возможность создания с помощьюударного генератора магнитных полей порядка 700 Тл (!) и тем самым,воздействовав на внутреннее поле атома и заставив все электроны вращаться водной плоскости, сплющить атом.

Костенко и Капицастали соавторами предложенного ими устройства и получил 30 июня 1926г.английский патент. Импульсный генератор был изготовлен и с большим успехомиспытан.

В качествемощного источника тока П. Л. Капица и М. П. Костенко предложили использоватьэлектрогенератор номинальной мощностью 2 тыс. кВт, который в режиме короткогозамыкания не сгорал, как обычные генераторы, а выдавал без аварийныхпоследствий в течение 0,01 с мощность 50 тыс. кВт. Этот генератор был построенфирмой Метрополитен Виккерс по расчетам М. П. Костенко, П. Л. Капицы и МайлсаУокера. Генератор приводился во вращение специальным электродвигателем,получавшим энергию от аккумуляторных батарей.

Масса роторагенератора составляла 2,5 т, диаметр его 50 см. Большой момент инерции роторапозволял обойтись без специального маховика. Генератор давал переменный ток,что было очень существенно, поскольку большой ток короткого замыкания был нуженлишь на небольшой промежуток времени. Если бы генератор давал постоянный ток,то по прошествии 0,01 с этот постоянный ток громадной силы должен быть выключен,а это само по себе сложнейшая проблема. Переменный ток, как известно, два разав течение каждого периода сам проходит через нулевое значение, и выключитьгенератор, когда ток проходит нулевое значение, не представляет особого труда.Нужно только строго синхронизировать момент прохождения тока через нуль смоментами включения и выключения генератора на короткое замыкание. Сделать этоабсолютно точно невозможно: момент выключения может совпадать с таким временем,когда ток в обмотке еще не равен нулю. Поэтому П. Л. Капице на всякий случайпришлось сконструировать выключатель на ток 5 тыс. А (амплитуда тока 30 тыс.А), отключающий цепь за 0,0001 с. Этот выключатель сам по себе подлинноепроизведение инженерного искусства.

Соленоид, накоторый обрушился колоссальный ток короткого замыкания генератора, представлялсобой катушку из медной проволоки квадратного сечения. В последующихэкспериментах медь была заменена сплавом меди с кадмием, обладающим большеймеханической прочностью при несколько повышенном электросопротивлении. Когдаток генератора проходил через катушку, в ней развивались грандиозныемеханические усилия, достигающие нескольких десятков тонн. Чтобы эти усилия неразорвали обмотку, она снаружи скреплялась прочной стальной лентой, воспринимающейусилия.

Это, однако, былоне все. Под влиянием мощных сил катушка немного разматывалась, и концы ееотрывались от тех электровводов, через которые к катушке подавался ток. Катушказа катушкой погибали вследствие второстепенного явления уже после того, какбыли преодолены, казалось бы, все основные трудности. Устранение мелочей занялонесколько месяцев. Наконец решение было найдено. Капица создал обмотку, котораямогла дышать, т.е. автоматически расширяться. Один из контактов был сделанподвижным и сам после нескольких испытаний занимал то положение, которое емубольше нравилось.

Другой серьезнойтрудностью была краткость времени, в течение которого можно было производитьизмерения. Ведь магнитное поле существовало в соленоиде всего 0,01 с, и за этовремя все эксперименты надо было начать и закончить. Кроме того, работуосложняли микроземлетрясения, происходящие при резком торможении генератора втот момент, когда его обмотка замыкалась накоротко. Несмотря на то, чтогенератор был установлен на массивном фундаменте, покоящемся на скальномосновании на виброустойчивой подушке, волна микроземлетрясения искажаларезультаты измерений. Чтобы этого не происходило, П. Л. Капица нашел весьмаизящный выход. Он расположил соленоид с объектом исследования в другом концезала на расстоянии 20 м от генератора. Волна землетрясения, движущаяся соскоростью звука в данной среде, проходила 20 м за 0,01 с и достигала соленоидауже к тому времени, когда измерения проведены.

В моменткороткого замыкания температура в обмотке очень сильно повышается, а затемпостепенно выравнивается. Расчеты показали, что эта температура должнапревышать температуру Солнца. Это дало повод профессору Эддингтону шутливозаявить: Работы П. Л. Капицы и Э. Резерфорда по расщеплению атома приводят ктому, что, хотя температура в глубинах звезд, быть может, равна миллионамградусов, эти глубины являются довольно прохладным местом по сравнению сКавендишской лабораторией.

Вот что писал П.Л. Капица о своих опытах Резерфорду, находившемуся в то время в Каире.

Кембридж. 17декабря 1925г.

Я пишу Вам этописьмо в Каир, дабы рассказать, что мы уже сумели получить поля, превышающие270 тыс., в цилиндрическом объеме диаметром 1 см и высотой 4,5 см. Мы не смоглипойти дальше, так как разорвалась катушка, и это произошло с оглушительнымгрохотом, который, несомненно, доставил бы Вам массу удовольствия, если бы Выслышали его...

Но результатомвзрыва был только шум, поскольку, кроме катушки, никакая аппаратура непретерпела разрушений. Катушка же не была усилена внешним ободом, каковой мытеперь намереваемся сделать.

… Я оченьсчастлив, что в общем все прошло хорошо, и отныне Вы можете с уверенностьюсчитать, что 98 процентов денег были потрачены не впустую, и все работаетисправно.

Авария явиласьнаиболее интересной частью эксперимента и окончательно укрепляет веру в успех,ибо теперь мы точно знаем, что происходит, когда катушка разрывается. Мы такжезнаем теперь, как выглядит дуга в 13 тыс. А. Очевидно, тут вообще нет ничегопагубного для аппаратуры и даже для экспериментаторов, если они держатся надостаточном расстоянии.

Со страшнымнетерпением жажду увидеть Вас снова в лаборатории, чтобы в мельчайших деталях,иные из которых забавны, рассказать Вам об этой схватке с машинами.

С помощьюимпульсного генератора П. Л. Капице удалось провести планомерные исследования вмагнитных полях до 32 Тл. Это поле, занимавшее объем всего 2 см3, стало верхнейграницей уверенно получаемого магнитного поля. Вплоть до этой границы Капицасовместно с другими учеными исследовал явления Зеемана и Пашена Бека,магнитосопротивление, магнитострикцию и другие эффекты.

Рассматриваяперспективы получения еще более сильных магнитных полей, П. Л. Капица указывалв одной из своих статей, что уже в то время (в 20-е годы) состояние техникипозволяло сделать конденсаторные батареи, которые могли бы создать поле200...300 Тл. Однако технические трудности оказались столь велики, что тольколишь через 40 лет таким способом удалось получить поля, о которых говорил П. Л.Капица.

Рекорды, поставленныеП.Л. Капицей, оставались нетронутыми более 20 лет. Они были побиты лишь в 50-хгодах.

Постепенно Капицаубедил Резерфорда построить специальную лабораторию для исследований в сильныхмагнитных полях и при сверхнизких температурах. Резерфорд поддержал этипредложения и даже получил соответствующие средства. Решение вопроса сильнооблегчалось тем, что авторитет Капицы в Кембридже уже был чрезвычайно высок егоизбрали даже членом Лондонского Королевского общества, т.е. английскимакадемиком.

И вот на древнейкембриджской земле рядом со старыми корпусами колледжа поднялось современное,хотя и не слишком большое здание лаборатории имени Монда, директором которойбыл назначен П. Л. Капица.

Торжественноеоткрытие состоялось в феврале 1933г. в присутствии премьер-министраВеликобритании С. Болдуина и, разумеется, Э. Резерфорда.

Резерфорд былнеобычайно доволен и новым зданием, и его оборудованием, и особенно новымдиректором Монд — лаборатории. П. Л. Капица, по мысли Резерфорда, должен был бывпоследствии стать его преемником и по Кавендишской лаборатории.

Н. Винервспоминал: ''… в Кембридже была все же одна дорогостоящая лаборатория,оборудованная по последнему слову техники. Я имею в виду лабораторию русскогофизика Капицы, создавшего специальные мощные генераторы, которые замыкалисьнакоротко, создавая токи огромной силы, пропускавшиеся по массивным проводам;провода шипели и трещали, как рассерженные змеи, а в окружающем пространствевозникало магнитное поле колоссальной силы… Капица был пионером в созданиилабораторий-заводов с мощным оборудованием… Сейчас, в связи с созданиематомной бомбы и развитием исследований по физике атомного ядра, такиелаборатории стали совершенно обычными ''.

Однако директоромМонд — лаборатории П. Л. Капица пробыл недолго. Пришло время возвращаться народину, надо было налаживать научную работу в Москве создавать Институтфизических проблем Академии наук СССР. Главными темами научных исследованийэтого института стали магнетизм и сверхнизкие температуры.

Обе эти проблемыдолжны были решаться комплексно, с участием физиков-экспериментаторов ифизиков-теоретиков. Капица думал о том, что их работа в рамках единогоинститута будет способствовать общему прогрессу исследований. По его замыслуздесь должны были работать первоклассные ученые, полностью отдавшие себянаучному творчеству.

Однако Капицаприехал в Москву, не имея ни сотрудников, ни научной школы. Готовых кадров небыло. А может, это и неплохо создавать новые направления и традиции.

Несколько летзаняло формирование и обучение основного и вспомогательного составасотрудников, образование его ядра. В институте культивировалось служение науке.Руководство его также должно было участвовать в научном процессе. Капица несобирался отказываться от проведения собственных исследований. Только когдаработаешь в лаборатории сам, своими руками, проводишь эксперименты, пускайчасто даже в самой рутинной их части, только при этом условии можно добитьсянастоящих результатов в науке, писал он. Чужими руками хорошей работы не сделаешь.Человек, который отдает несколько десятков минут для того, чтобы руководитьнаучной работой, не может быть большим ученым. Я, во всяком случае, не видел ине слышал о большом ученом, который бы так работал, и думаю, что этого вообщебыть не может. Я уверен, что в тот момент, когда даже самый крупный ученыйперестал работать сам в лаборатории, он не только прекращает свой рост, но ивообще перестает быть ученым.

Наконец, институтукомплектован, в нем ведутся исследования… Мне кажется, цель достигнута, иинститут можно считать не только одним из самых передовых в Советском Союзе, нои в Европе, писал радостный Капица.

На установке дляполучения сверхсильных магнитных полей кавендишцы механик Пирсон и лаборантЛауэрман помогали продолжать кембриджские опыты. В одном из них былзафиксирован новый рекорд получено импульсное магнитное поле в 50 Тл.

Мировая наукаостро нуждалась в сверхсильных магнитных полях. Физики циклотронной лабораторииГарвардского университета, например, мечтали о полях хотя бы 20 Тл, которыемогли бы заметно искривлять траектории частиц, попадающих в толстыефотоэмульсии. Они использовали конденсаторные батареи.

Мощныеконденсаторные батареи за 0,00001 с могли обеспечить получение электрическоймощности 1 млн. кВт или 1 млрд. Вт (мощность Днепрогэса 600 тыс. кВт), удалосьполучить магнитное поле более 100 Тл. Внезапное высвобождение огромной энергиипроисходило с грохотом, напоминающим удар грома.

Вся эта лавинаэнергии загонялась в один-единственный массивный виток. Как показал П. Л.Капица, соленоиды обычного типа с намотанной на них медной проволокой, выживаютлишь в полях до 30...35 Тл. Соленоиды биттеровского типа, изготовленные измедных дисков, оказались устойчивее, но и они выдерживали магнитные поля невыше 50...70 Тл. Соленоиды не в состоянии противодействовать огромным усилиям,возникающим в таких полях. Особенно слабым местом казалась межвитковаяизоляция. Чтобы от нее избавиться, пришлось перейти на один-единственныймассивный виток, который вместе с держателем изготовили из меди, закаленнойстали или бериллиевой бронзы.

Цельэкспериментов выяснить, насколько различные металлы могут противостоятьмеханическим и тепловым воздействиям сверхсильных импульсных полей.Эксперименты показали, что ни один металл не может без разрушения выдержатьусилия, возникающие в магнитном поле 100 Тл. Казалось бы, этим и будутограничены успехи физики сверхсильных полей. Однако современными учеными,по-видимому, найден выход из этого затруднительного положения. Он заключается вприменении бессиловых обмоток, где используются принципы наложенияпротивоположно направленных сил.

Разработанобольшое число бессиловых и малосиловых обмоток. Бессиловые обмотки этопоследняя надежда физиков на получение устойчивых полей в неразрушающихся обмоткахв том случае, если не будут открыты более прочные и тугоплавкие материалы.

Сильные магнитныеполя при разрядке мощных конденсаторных батарей на биттеровский соленоид,иногда запеченный для прочности в керамику, или на отдельный виток сейчасшироко используются для создания полей 20...70 Тл.

Значительнымтехническим достижением является создание в Институте атомной энергии имени И.В. Курчатова (С. Х. Хакимов с сотрудниками) соленоида нового типа,представляющего собой цельноточеную спираль из бериллиевой бронзы. Этотимпульсный магнит создает в зоне диаметром 8 см магнитное поле 30 Тл.

А не существуетли способа получения сильного магнитного поля, основанного не на внезапномобрушивании на соленоид громадной энергии, а на каком-то ином принципе? Советскиеэлектротехники Г. А. Бабат и М. С. Лозинский в 1940 г. опубликовали статью, вкоторой высказали идею о концентраторе потока.

Эту идею легкопонять. Представим себе разрезанную трубку с током, со стороны разрезазамкнутую металлическим поршнем. Внутри трубки ток создает магнитное поле,характеризующееся густотой магнитных силовых линий, т.е. числом их,приходящимся на единицу площади сечения внутренней области трубки. Чтопроизойдет, если поршень внезапно ввести во внутреннюю область трубки? Внутреннеесечение трубки резко сократится. Так как число силовых линий, сцепленных струбкой, мгновенно измениться не может, плотность их в уменьшившемся сечениистоль же резко возрастет. Следовательно, возрастут и магнитная индукция, инапряженность магнитного поля.

Таким образом,принцип концентрации потока сводится к тому, что поле относительно небольшойнапряженности создается сначала в большом объеме, затем сечение магнитногопотока резко сокращают поле резко возрастает.

Хауленд и Фонер,используя идею Г. А. Бабата и М. С. Лозинского, создали концентратор безмеханического сокращения рабочей зоны магнита. Выяснилось, что, поместив внутрисоленоида массивный виток с небольшим внутренним диаметром, можно такжедобиться эффекта концентрации: при импульсе тока во внешней обмотке в массивномвитке наводятся вихревые токи, которые вытесняют магнитный поток к центральномуотверстию массивного витка. С помощью концентраторов получено магнитное поле 45Тл, в то время как в соленоиде без массивного витка поле более 30...35 Тлполучить весьма трудно.

В другихэкспериментах получено магнитное поле 20 Тл в значительном объеме (примерноравном объему стакана). В этот объем вставлялись толстые фотоэмульсии дляисследования ядерных процессов. Батарея конденсаторов при этом имела массуболее 30 т.

Вершиной,венчающей все исследования в области сверхсильных магнитных полей, явиласьсерия экспериментов, проведенных несколько лет назад советскими физиками подруководством академика А. Д. Сахарова.

Рассматривая идеюконцентрации магнитного потока и понимая, что эффект концентрации тем выше, чембыстрее произойдет схлопывание зоны концентрации, можно прийти к выводу, чтоэтот эффект будет наиболее успешным в том случае, если схлопывание произвести спомощью взрывчатых веществ.

Если внутризамкнутого массивного витка каким-то образом создать магнитное поле, то затем,сжимая виток с помощью кумулятивного взрыва, можно добиться того, что плотностьмагнитного поля внутри суженного витка сильно возрастет. Это происходит в силутого обстоятельства, что магнитный поток, сцепленный с каким-то контуром, неможет мгновенно изменяться. Аналогичные идеи были позже опробованы иамериканскими физиками в Лос — Аламосской лаборатории.

Устройство,использованное в советских экспериментах, схематически изображено на рис. 6.Первоначальное магнитное поле 100 Тл создается при помощи устройства, такжеработающего на взрывном принципе. Металлическое кольцо-виток диаметром 7,5...10см окружают 4...8 кг взрывчатки. Когда внешнее поле достигает максимума, взрывчаткуподрывают и кольцо за 0,000001 с, т.е. со скоростью 4 км/с, сужается до 0,4 см.

В процессесхлопывания советскими физиками было замерено магнитное поле 2500 Тл, аамериканскими 1460 Тл. (Это рекордное магнитное поле было получено путемпоследовательного использования двух взрывных, или магнитокумулятивных,генераторов МК-1, МК-2. Второй из них использовался для создания запальногополя, которое затем охлопывалось генератором МК-1.) Дальнейшие измерения полябыли невозможны, поскольку во время схлопывания диаметр кольца уменьшалсянастолько, что оно раздавливало датчик, с помощью которого производилиизмерения. Весь процесс длился миллионные доли секунды.

А. Д. Сахаровсчитает, что достигнутое поле не предел. Используя другие взрывчатые вещества,например ядерные заряды, можно получить магнитные поля, равные 10000 Тл. Такиеполя существуют лишь в недрах планет и звезд. Давление магнитного поля растетпропорционально квадрату его напряженности, поэтому при достижении стольсильных полей будут развиваться и соответствующие давления.

Проведениеэкспериментов при одновременном сочетании столь сильного поля и давления имеетчрезвычайно большое значение для изучения, например, процессов, происходящихвнутри планет и звезд, при гравитационном коллапсе сверхзвезд и т.п.

Применяют лиимпульсные поля в технике? Перспективы технического использования импульсныхполей весьма многообещающи, хотя эта область техники пока делает свои первыешаги.

С помощьюмагнитного импульсного поля, например, наклепывают защитную металлическуютрубку на стальной трос. Давление, развиваемое импульсным полем, настольковелико, что трубка придавливается к негладкой поверхности троса с такойплотностью, какую невозможно получить другим способом.

Точно так жеможно использовать электромагнитные усилия, возникающие в мощных магнитныхполях, для штамповки деталей, запрессовки проводящих элементов в изоляционныевтулки и других технических целей. Сверхсильные магнитные поля, по-видимому,найдут применение в дальней космической радиосвязи, при изучении элементарныхчастиц и свойств плазмы.

Быть может,наиболее грандиозный и смелый проект использования импульсных полей вфизических исследованиях проект, в котором предлагается применять крупныймагнитокумулятивный генератор для получения заряженных частиц с колоссальнойэнергией. Чтобы разогнать частицы до энергии 10 в 12 степени эВ, в качествезаряда потребуется использовать ядерное устройство. Взрыв предполагаетсяосуществить в камере объемом 10 в 4 степени м3, находящейся на дне шахты глубиной1 км. Удивительно, что это, казалось бы, безумно дорогое устройство должно бытьзначительно дешевле обычного ускорителя, дающего частицы с той же энергией.

еще рефераты

Еще работы по физике

Реферат по физике

Мария Склодовская-Кюри

29 Августа 2013

Реферат по физике

Результаты экспериментальной оценки эффективности применения баллиститного ракетного топлива в качестве сенсибилизаторов в эмульсионных ВВ

26 Июня 2015

Реферат по физике

Сила трения. Коэффициент трения скольжения

26 Июня 2015

Реферат по физике

Лазеры. Основы устройства и их применение

26 Июня 2015