Чтение онлайн

поле 10 Тл с помощью электромагнита со стальным сердечником, хотя теоретически

легко показать, что несмотря на "насыщение" в магнитных системах со сталью можно

получить сколь угодно большое поле. Бесконечное поле будет в том случае, если

вся Вселенная, за исключением точки, в которой создается магнитное поле, будет

заполнена намагниченным железом…

Биттер прекрасно понимал, что для достижения поля 10 Тл ему придется заполнить

насыщенным железом если не Вселенную, то уж во всяком случае свою лабораторию.

Вариант с железным сердечником не подходил. Пришлось взяться за изобретенный

французскими учеными Араго и Ампером электромагнит без стального сердечника,

позже названный соленоидом. Он представляет собой спираль, обтекаемую

электрическим током. Неприятности, которые подстерегали ученых на этом пути,

были сформулированы французским электротехником Фабри в виде формулы — "формулы

Фабри", опубликованной в журнале "Электрическое освещение" за 1898 г.

О чем говорит формула? Об очень грустных вещах: если вы хотите увеличить

магнитное поле, например, в 10 раз, извольте увеличить электрическую мощность,

расходуемую в соленоиде, в 100 раз. Для достижения сильных магнитных полей

потребуются целые электростанции. Академику П.Л.Капице, уже в 1923…1927 гг.

получившему поле 50 Тл, не пришлось преодолевать эту трудность — он сумел

создать сильное поле, продолжающееся во времени, лишь одну тысячную долю

секунды. Но это не устраивало Биттера — ему нужны были стационарные поля. Выход

был один — нужно строить соленоид.

Биттер отправился на Бостонскую электростанцию. Ему удалось договориться с

руководством Эдисоновской электрической компании о том, что ночью, когда в

городе будет некоторая свободная электрическая мощность, Биттер будет питать

этой мощностью свое "прожорливое дитя". Магнит размером с автомобильное колесо

был установлен в одном из помещений электростанции. Когда его включили впервые в

1937 г., в зале случилось что-то невообразимое: мелкая железная пыль, опилки,

гвозди, болтики со всех концов помещения устремились к небольшому бронзовому

кожуху, к которому были подведены две мощные водопроводные трубы. По ним

подавалась охлаждающая вода из теплообменника, который омывался водой из реки,

протекающей поблизости. Роль этих труб очень большая. Если бы к магниту не

подавалась охлаждающая вода со скоростью 50 л/с, то магнит мгновенно бы сгорел.

Потребляемая мощность магнита примерно равна 1700 кВт, или 1,7 МВт. Вся эта

мощность выделялась в виде тепла, которое необходимо было тут же отводить во

избежание повышения температуры магнита.

Конструкция Биттера оказалась настолько удачной, что до сих пор соленоиды,

построенные по этому принципу, называют биттеровскими. Оригинальный биттеровский

соленоид, с помощью которого впервые в течение длительного времени было получено

магнитное поле 10 Тл, представлял собой штампованные медные диски с 600

отверстиями для охлаждающей воды, имевшие радиальную прорезь. Последняя служила

для того, чтобы, немного изогнув диск, можно было присоединить его к следующему

диску для образования непрерывной спирали с током.

Первый биттеровский соленоид с полем 10 Тл, будучи сильнейшим в мире, непрерывно

работал "на науку". Единственным перерывом в его работе было время, когда для

осуществления "манхеттенского проекта" (создание первой американской атомной

бомбы) с помощью магнита Биттера в Ок-Ридже разделяли изотопы урана.

Бурное развитие физики в 60-е годы, особенно таких ее направлений, как магнитное

удержание плазмы, исследования сверхпроводимости, антиферромагнетизма, квантовой

оптики, элементарных частиц, привели к тому, что сверхсильные магнитные поля

стали остро необходимы, и для их получения были организованы лаборатории и

институты в Советском Союзе, США и Англии.

Достигнутое в 1965 г. магнитное поле 25 Тл в полмиллиона раз больше земного, в

100 раз больше поля солнечных пятен и лишь в 4 раза уступает магнитному полю,

которое, по расчетам, должно существовать в атомном ядре.

Поле 25 Тл достигнуто в Национальной магнитной лаборатории США с помощью

тройного соленоида, созданного Кольмом по расчету Монтгомери. Этот рекордный

соленоид с внутренним диаметром 10 см потреблял мощность 16 тыс. кВт. Его

внешняя секция намотана полой медной шиной квадратного сечения, внутренние

секции выполнены из медных дисков, на поверхности которых химическим способом

вытравлены радиальные каналы для охлаждения. Для изготовления магнита

использовано более 3 т меди. Давление магнитного поля на внутренние секции было

так велико, что медь начала "течь". Это давление более чем в 3 раза превышало

существующее на дне глубочайшей океанской впадины. Интересна система охлаждения

магнита, основанная на принципе пленочного кипения. При этом температура

охлаждаемой медной спирали была выше 100 °C, что вызывало возникновение на

ней многочисленных пузырьков пара, которые в течение тысячных долей секунды

превращались в огромное количество сравнительно холодной воды, водопадом (Слово

"водопад" здесь использовано не случайно. Для охлаждения этого магнита

используется вода протекающей неподалеку от лаборатории реки. Тепло,

выделяющееся в соленоиде, столь велико, что температура воды в реке на участке

ниже лаборатории повышается на полградуса.) обрушивающейся на соленоид. Удельная

теплота парообразования воды очень велика, поэтому при образовании на

поверхности спирали пузырьков от спирали отбирается гораздо более значительная

энергия, чем та, которая отбиралась бы просто при нагревании охлаждающей воды.