Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)

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

никто не смог.

Чаще всего такие магниты питаются от собственной энергетической установки,

вырабатывающей постоянный ток мощностью несколько тысяч киловатт. Когда этой

мощности недостаточно (как это получилось с рекордным соленоидом Кольма), на вал

машин насаживают маховик. Накопив в нем достаточную энергию, можно, как это было

сделано П.Л.Капицей, в течение короткого времени снимать с генераторов мощность,

превышающую номинальную в несколько раз.

В настоящее время генераторы, предназначенные для кратковременного питания

крупных электромагнитов, могут иметь массу роторов до нескольких сотен тонн.

В Королевском радарном центре Великобритании источником питания соленоидов

служили мощные аккумуляторные батареи, снятые с подводной лодки.

В поисках новых путей Кольм разработал конструкцию соленоида, названного им

гидромагнитом. Соленоид состоит из соосных труб, между которыми в радиальном

направлении поступает какая-нибудь хорошо проводящая электричество жидкость,

например жидкий натрий или жидкое серебро. Обе трубы помещены в небольшое

магнитное поле. Поступающая жидкость пересекает силовые линии поля, и в ней

наводится электродвижущая сила (ЭДС), под действием которой в жидкости начинает

течь электрический ток, совпадающий по направлению с током, создающим поле

возбуждения. Таким образом, сама жидкость становится обмоткой соленоида.

Магнитное поле, которое можно получить с помощью этой "обмотки", зависит от

скорости перемещения жидкости, ее электропроводности и значения поля

возбуждения. Кольм рассчитал, что в гидромагните, наполненном расплавленным

серебром, при температуре 1000 °C в магнитном поле 6 Тл при расходуемой

мощности 70 тыс. кВт и скорости поступления серебра 200 л/с можно получить

магнитное поле 40Тл.

Однако, если отвлечься от прочих трудностей, достижение столь грандиозных полей