"Петр Капица. Эксперимент, Теория, Практика. Статьи, Выступления" - читать интересную книгу автора

Обычный путь создания сильного магнитного поля - использование
электромагнита, но величина поля при этом жестко ограничена из-за насыщения
железа. Увеличить поле можно лишь чрезмерно увеличивая вес магнита и
используемый ток. Самый большой магнит, который когда-либо был построен, это
магнит профессора Коттона: диаметр его железного сердечника почти 1 метр (в
пространстве между полюсами может встать человек) и для его работы требуется
громадный ток. Магнитное поле возрастает очень медленно с возрастанием
размера электромагнита, и даже магнит профессора Коттона не создает поля
больше 60000 гаусс в объеме, достаточном для проведения экспериментов.
Оказалось, что более успешным методом является использование катушек.
При этом требуются очень большие токи, так как величина поля в катушке
пропорциональна возбуждающему току. Очевидно, что для создания больших полей
таким путем необходимо увеличивать ток, но при этом мы встречаемся с
трудностями, поскольку, с одной стороны, нам нужен источник очень большого
тока, а с другой стороны, величина тока в этом случае существенно ограничена
нагреванием катушки током.
Одним из способов уменьшения теплового эффекта мог бы явиться отвод
тепла по мере его выделения; другой способ - охлаждение катушки до очень
низкой температуры. При этом значительно уменьшилось бы сопротивление, а в
некоторых металлах оно даже упало бы до нуля, если бы металл стал
сверхпроводником. В этом случае трудностью явилось бы то, что магнитное
поле, созданное катушкой, разрушило бы сверхпроводящее состояние и очень
быстро увеличило бы сопротивление до значения, близкого к его величине при
комнатной температуре. Ни один из этих методов не кажется достаточно
перспективным, и даже если их реализовать наиболее эффективным способом, они
вряд ли позволили бы создать поле, большее 50 000-60 000 гс. Если
предположить возможность изготовления эффективной катушки с внутренним
диаметром в 1 см, то, как показывает расчет, для создания в такой катушке
поля в 1 000 000 гс потребуется мощность в 50 000 квт и катушка за 1 сек
нагреется до 10 000 С; ясно, что мы не можем работать с таким большим
нагревом.
Основная идея нашего метода решения проблемы заключалась в том, чтобы
сделать время существования поля очень коротким, так чтобы за это время
катушка не могла перегреться. Практически это составляло 0,01 сек. Конечно,
такое условие создает новый ряд трудностей, во-первых, требуется очень
большой ток, а во-вторых, все измерения нужно делать за очень короткий
промежуток времени.Наши первые эксперименты были сделаны с использованием
аккумуляторной батареи, обладающей очень малой емкостью и малым внутренним
сопротивлением. Таким способом мы смогли получить поле в 100 000 гс, заряжая
аккумуляторы в течение несколько минут, а затем разряжая их за 0,01 сек; но
дальнейшее увеличение поля было невозможным, так как оказалось, что трудно
достаточно быстро прервать ток в несколько тысяч ампер.
В наших последующих экспериментах, когда потребовались большие
мощности, мы использовали однофазный генератор переменного тока (см.
рисунок). Хорошо известно, что такая машина дает очень большие импульсы тока
при коротком замыкании, чего в обычной практике тщательно избегают, так как
это может вызвать серьезную аварию. Наша машина была специально
сконструирована с противоположными целями, так что можно было специально
получать большие импульсы тока при коротком замыкании. Потребовались
значительный пересмотр конструкции и тщательные расчеты, так как