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

• Название: Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)
• Автор: Владимир Карцев
• Издательство: Энергоатомиздат
• Жанр: Физика
• Год: 1988
• ISBN: 5-283-02929-8

В популярной и занимательной форме рассказывается об истории решения проблемы, волнующей в равной степени и ученых, и инженеров. Эта проблема — получение сильных магнитных полей. Известно, что чем большее магнитное поле удается создать в машине, тем меньшие габариты она имеет и дешевле стоит. Ученые разработали несколько эффективных способов получения сильного магнитного поля. Об успехах и неудачах на этом пути и рассказывается в книге.

Для учащихся старших классов, читателей, интересующихся историей и современными достижениями науки и техники.

---

превышать температуру Солнца. Это дало повод профессору Эддингтону шутливо

заявить: "Работы П.Л.Капицы и Э.Резерфорда по расщеплению атома приводят к тому,

что, хотя температура в глубинах звезд, быть может, равна миллионам градусов,

эти глубины являются довольно прохладным местом по сравнению с Кавендишской

лабораторией".

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

Каире.

"Кембридж. 17 декабря 1925 г.

Я пишу Вам это письмо в Каир, дабы рассказать, что мы уже сумели получить поля,

превышающие 270 тыс., в цилиндрическом объеме диаметром 1 см и высотой 4,5 см.

Мы не смогли пойти дальше, так как разорвалась катушка, и это произошло с

оглушительным грохотом, который, несомненно, доставил бы Вам массу удовольствия,

если бы Вы слышали его…

Но результатом взрыва был только шум, поскольку, кроме катушки, никакая

аппаратура не претерпела разрушений. Катушка же не была усилена внешним ободом,

каковой мы теперь намереваемся сделать.

…Я очень счастлив, что в общем все прошло хорошо, и отныне Вы можете с

уверенностью считать, что 98 процентов денег были потрачены не впустую, и все

работает исправно.

Авария явилась наиболее интересной частью эксперимента и окончательно укрепляет

веру в успех, ибо теперь мы точно знаем, что происходит, когда катушка

разрывается. Мы также знаем теперь, как выглядит дуга в 13 тыс. А. Очевидно, тут

вообще нет ничего пагубного для аппаратуры и даже для экспериментаторов, если

они держатся на достаточном расстоянии.

Со страшным нетерпением жажду увидеть Вас снова в лаборатории, чтобы в

мельчайших деталях, иные из которых забавны, рассказать Вам об этой схватке с

машинами".

С помощью импульсного генератора П.Л.Капице удалось провести планомерные

исследования в магнитных полях до 32 Тл. Это поле, занимавшее объем всего 2 см3,

стало верхней границей уверенно получаемого магнитного поля. Вплоть до этой

границы Капица совместно с другими учеными исследовал явления Зеемана и Пашена —

Бека, магнитосопротивление, магнитострикцию и другие эффекты.

Рассматривая перспективы получения еще более сильных магнитных полей, П.Л.Капица

указывал в одной из своих статей, что уже в то время (в 20-е годы) состояние

техники позволяло сделать конденсаторные батареи, которые могли бы создать поле

200…300 Тл. Однако технические трудности оказались столь велики, что только

лишь через 40 лет таким способом удалось получить поля, о которых говорил

П.Л.Капица.

Рекорды, поставленные П.Л.Капицей, оставались нетронутыми более 20 лет. Они были

побиты лишь в 50-х годах.

Постепенно Капица убедил Резерфорда построить специальную лабораторию для

исследований в сильных магнитных полях и при сверхнизких температурах. Резерфорд

поддержал эти предложения и даже получил соответствующие средства. Решение

вопроса сильно облегчалось тем, что авторитет Капицы в Кембридже уже был

чрезвычайно высок — его избрали даже членом Лондонского Королевского общества,

т. е. английским академиком.

И вот на древней кембриджской земле рядом со старыми корпусами колледжа

поднялось современное, хотя и не слишком большое здание лаборатории имени Монда,

директором которой был назначен П.Л.Капица.

Торжественное открытие состоялось в феврале 1933 г. в присутствии премьер-

министра Великобритании С.Болдуина и, разумеется, Э.Резерфорда.

Резерфорд был необычайно доволен и новым зданием, и его оборудованием, и

особенно новым директором Монд-лаборатории. П.Л.Капица, по мысли Резерфорда,

должен был бы впоследствии стать его преемником и по Кавендишской лаборатории.

Н.Винер вспоминал: "…в Кембридже была все же одна дорогостоящая лаборатория,

оборудованная по последнему слову техники. Я имею в виду лабораторию русского

физика Капицы, создавшего специальные мощные генераторы, которые замыкались

накоротко, создавая токи огромной силы, пропускавшиеся по массивным проводам;

провода шипели и трещали, как рассерженные змеи, а в окружающем пространстве

возникало магнитное поле колоссальной силы… Капица был пионером в создании

лабораторий-заводов с мощным оборудованием… Сейчас, в связи с созданием

атомной бомбы и развитием исследований по физике атомного ядра, такие

лаборатории стали совершенно обычными".

Однако директором Монд-лаборатории П.Л.Капица пробыл недолго. Пришло время

возвращаться на родину, надо было налаживать научную работу в Москве — создавать

Институт физических проблем Академии наук СССР. Главными темами научных

исследований этого института стали магнетизм и сверхнизкие температуры.

Обе эти проблемы должны были решаться комплексно, с участием физиков-

экспериментаторов и физиков-теоретиков. Капица думал о том, что их работа в

рамках единого института будет способствовать общему прогрессу исследований. По

его замыслу здесь должны были работать первоклассные ученые, полностью отдавшие

себя научному творчеству.

Однако Капица приехал в Москву, не имея ни сотрудников, ни научной школы.

Готовых кадров не было. А может, это и неплохо — создавать новые направления и

традиции.

Несколько лет заняло формирование и обучение основного и вспомогательного

состава сотрудников, образование его ядра. В институте культивировалось служение

науке. Руководство его также должно было участвовать в научном процессе. Капица

не собирался отказываться от проведения собственных исследований. "Только когда

работаешь в лаборатории сам, своими руками, проводишь эксперименты, пускай часто

даже в самой рутинной их части, только при этом условии можно добиться настоящих

результатов в науке, — писал он. — Чужими руками хорошей работы не сделаешь.

Человек, который отдает несколько десятков минут для того, чтобы руководить

научной работой, не может быть большим ученым. Я, во всяком случае, не видел и

не слышал о большом ученом, который бы так работал, и думаю, что этого вообще

быть не может. Я уверен, что в тот момент, когда даже самый крупный ученый

перестал работать сам в лаборатории, он не только прекращает свой рост, но и

вообще перестает быть ученым".

Наконец, институт укомплектован, в нем ведутся исследования… "Мне кажется,

цель достигнута, и институт можно считать не только одним из самых передовых в

Советском Союзе, но и в Европе", — писал радостный Капица.

На установке для получения сверхсильных магнитных полей кавендишцы — механик

Пирсон и лаборант Лауэрман — помогали продолжать кембриджские опыты. В одном из

них был зафиксирован новый рекорд — получено импульсное магнитное поле в 50 Тл.

Мировая наука остро нуждалась в сверхсильных магнитных полях. Физики

циклотронной лаборатории Гарвардского университета, например, мечтали о полях

хотя бы 20 Тл, которые могли бы заметно искривлять траектории частиц, попадающих

в толстые фотоэмульсии. Они использовали конденсаторные батареи.

Мощные конденсаторные батареи за 0,00001 с могли обеспечить получение

электрической мощности 1 млн. кВт или 1 млрд. Вт (мощность Днепрогэса 600 тыс.

кВт), удалось получить магнитное поле более 100 Тл. Внезапное высвобождение

огромной энергии происходило с грохотом, напоминающим удар грома.

Вся эта лавина энергии загонялась в один-единственный массивный виток. Как

показал П.Л.Капица, соленоиды обычного типа с намотанной на них медной

проволокой, "выживают" лишь в полях до 30…35Тл. Соленоиды "биттеровского"

типа, изготовленные из медных дисков, оказались устойчивее, но и они выдерживали

магнитные поля не выше 50…70 Тл. Соленоиды не в состоянии противодействовать

огромным усилиям, возникающим в таких полях. Особенно слабым местом казалась

межвитковая изоляция. Чтобы от нее избавиться, пришлось перейти на один-

единственный массивный виток, который вместе с держателем изготовили из меди,

закаленной стали или бериллиевой бронзы.

Цель экспериментов — выяснить, насколько различные металлы могут противостоять

механическим и тепловым воздействиям сверхсильных импульсных полей. Эксперименты

показали, что ни один металл не может без разрушения выдержать усилия,

возникающие в магнитном поле 100 Тл. Казалось бы, этим и будут ограничены успехи

физики сверхсильных полей. Однако современными учеными, по-видимому, найден

выход из этого затруднительного положения. Он заключается в применении