Чтение онлайн

Этот принцип локального, или пленочного, кипения был впервые использован в

небольшом магните Кольма, с помощью которого получено поле 12,6 Тл. По сравнению

с соленоидом Биттера (поле 10 Тл) размером с колесо легковой автомашины этот

магнит величиной с грейпфрут был просто крошкой.

Сходную систему охлаждения имеет еще один грандиозный магнит. Он был создан в

Физическом институте АН СССР имени П.Н.Лебедева под руководством академика

А.М.Прохорова научными сотрудниками Л.П.Максимовым и В.Г.Веселаго. Соленоид,

напоминающий из-за множества шлангов-щупалец чудовищного осьминога, рассчитан на

получение магнитных полей более 20 Тл. Чтобы снабжать это "чудовище"

электроэнергией, построена специальная электростанция.

Колоссальное поле, полученное Кольмом в его магните на 25 Тл, создано в рабочей

зоне диаметром всего 10 см, хотя размер магнита более 1 м в поперечнике.

Проводить какие-либо крупномасштабные исследования на этом соленоиде довольно

сложно, поэтому конструкторы искали новые пути, с помощью которых можно было бы

получать значительные магнитные поля в больших рабочих объемах.

Может быть, использовать другое охлаждающее вещество? Интересный эксперимент был

проведен в Калифорнийском университете. Там еще в 1959 г. был построен соленоид,

охлаждаемый керосином. Почему выбран керосин? Дело в том, что вода, особенно с

примесями, не является идеальным изолятором, и по достижении некоторого

напряжения начинают сказываться ее электрические свойства. Обмотка, охлаждаемая

водой, подвергается коррозии. Анализ других жидкостей, которые можно было бы

использовать для охлаждения, показал, что с точки зрения теплоемкости и

безвредности наилучшим для обмотки является очищенный керосин, закупоренный в

сосуде, наполненном нейтральным газом.

"Керосиновый" соленоид, имеющий внутренний диаметр 10 см, был намотан медной

шиной, потреблял мощность 6 тыс. кВт и обеспечивал получение магнитного поля 10

Тл. Каждую секунду к нему для охлаждения подавался центнер очищенного керосина.

Этот пожилой человек с бледным лицом и уныло торчащими усами не производил

впечатления героической личности, хотя он совершил не один научный подвиг. Он

ожижил "солнечный" газ — гелий, понизив его температуру почти до абсолютного

нуля. Он открыл фантастические материалы — сверхпроводники. Он первым создал

столь технически оснащенную лабораторию, что она стала эталоном для грядущих

лабораторий XX века!

Его звали Гейке Камерлинг-Оннес (1853…1926). Он учился у знаменитых Кирхгофа

(правила Кирхгофа) и Бунзена (горелка Бунзена). На рубеже XIX и XX веков ему

удалось создать в Лейденском университете лабораторию с невиданно мощными

ожижителями воздуха, азота и водорода, с сильным коллективом стеклодувов, со

своим научным журналом.

Он знал, что делал. Еще в 1790 г. Ван-Марум, директор музея в Гааге, первым в

мире превратил газ аммиак в жидкость, кипящую при — 33 °C! Камерлинг-Оннес

достойно отметил столетний юбилей соотечественника. Хотя со сжижением водорода

его опередил Дьюар, но последний газ — гелий все же стал жидкостью у голландца

(1908 г.: при температуре — 268°°°С; Нобелевская премия 1913 г.).

Камерлинг-Оннес сжижал газы, чтобы выяснить, что же несут с собой все более

низкие температуры. С температурой было все ясно — у нее было предельно низкое

значение, а как с электрическим сопротивлением? Оно снижалось вместе с

температурой. Формула Фабри давала надежду на получение поля примерно 100 Тл.

Несколько лет труда — и сверхсильное магнитное поле должно покориться! Какая

великая желанная цель!

Но исследователи недооценивали два обстоятельства: во-первых, низких температур

достигать не так просто. Чтобы их получить, необходимо затратить значительную

энергию; во-вторых, с ростом напряженности магнитного поля вследствие явления,

называемого магнитосопротивлением, растет и электрическое сопротивление металла,

причем при низких температурах эффект магнитосопротивления проявляется особенно

сильно.

Академик П.Л.Капица в одной из своих статей представил результаты проверки идеи,

предложенной в свое время известным французским ученым Перреном: охлаждать

соленоиды жидким воздухом.

Выяснилось, что для охлаждения соленоида с магнитным полем 10 Тл, создаваемым в

области диаметром 1 см, потребуется прокачивать через него 24 л/с жидкого

воздуха. Для обеспечения работы соленоида пришлось бы построить завод по

производству жидкого воздуха.

Может быть, в результате этих обстоятельств, а может быть, и по другим причинам,

развитие низкотемпературных, но несверхпроводящих, или, как их иногда называют,

криогенных магнитов сильно задержалось.

Первой попыткой использовать низкую температуру для снижения электрического

сопротивления была постройка в 1961 г. одного из самых больших в мире соленоидов

на 10 Тл, выполненного из алюминия, охлаждаемого жидким неоном (температура

кипения 27 К). Внутренний диаметр соленоида составил 30 см, длина 200 см, масса

алюминиевых обмоток 5 т. Это один из самых больших соленоидов в мире. Он

предназначался для термоядерных исследований и поэтому на концах имел "магнитные

пробки", в которых напряженность магнитного поля достигала 20 Тл. Однако такой

соленоид мог работать только в течение 1 мин; за это короткое время весь

запасенный в криостатах жидкий неон превращался в газ.

Сделано немало попыток создать большее магнитное поле, применив другие

охлаждающие вещества (например, жидкий азот, жидкий водород) и другие материалы

обмоток (например, натрий, запрессованный в тонкую стальную трубку). Результаты

проведенных экспериментов были многообещающими, но превзойти достигнутое пока