Петр Капица

Электромагнит можно перегружать , если увеличить ток , об текающ ий обмотку . Форсаж это последний резерв на пути достижения сверхсильных пол ей , поэтому магнитные рекорды обычно принадле жат создателям импульсных систем. Это направление берет начало от Вольт а , который , заинтересовавшись электрическими рыбам и , попробовал п остроить что-то подобное живой природе . Нильский сомик оказался слаб ым , гораздо лучше рыба Торпедо гигантский электрический скат . Создавая разряд напряжением 50...60 В , он может убить зашедшего в воду теленка , электрический угорь Амазонки создает импульс н апряжением до 500 В. До Вольта уже были известны такие способы создания электричества , как натирание стекла шерстью , лейденская банка , нагрев . Сам Вольта научился электризовать жидкости кипячением и химическими реакциями , потом он построил вольто в столб , опуст ив два разнородных металла в едкую жидкос ть , однако этот источник не имел с Тор педо ничего общего , хотя изобретатель придал своей конструкции форму рыбы. Потом природой электрического удара угря занялся Фарадей . 6 декабря 1838 г . он доложил р езультаты опытов перед Королевским обществом . Фарадей использовал два металлических электрода , один конец которых касался рыб ы , а к другому были присоединены медные проводнички . Они , в свою очередь , крепились к небольшому соленоиду проволочной спирали , вн у три которой помещалась железн ая проволока . Во время разряда угря солено ид создавал относительно сильное магнитное по ле , которое намагничивало проволочку . По распо ложению магнитных полюсов проволочки Фарадей определял полярность напряжения рыбы . Этот эк спе р имент долго оставался экзотически м эпизодом в истории физики . И лишь мн ого лет спустя всерьез начал заниматься и зучением импульсных магнитных полей замечательны й советский физик академик П . Л . Капица. Петр Леонидович Капица родился в 1894 г . в Кронштадте . Он окончил Петроградский политехнический институт и в 1921 г . был послан в Лондон в составе первой советско й научно-промышленной делегации . Петр Леонидович и не предполагал тогда , что долго прожи вет в Англии , создаст там собственную школ у и превратится из скромного доцен та в ученого с мировым именем . Большую роль во всем этом сыграл другой член делегации , известный физик А . Ф . Иоффе . Э то он послал Капицу в Кембридж просить место в лаборатории знаменитого физика Э .Резерфорда . Однако Резерфорд заколебался : в его сургучно-веревочной , хотя и блестящ ей ядерной лаборатории уже работало 30 стажеров . Говорят , что Капица тогда заметил : 30 и 31 различаются примерно на 3%; поскольку Вы всегда предостерегаете против рабской точности изме рений , такая трехпроцентная раз н ица вовсе не будет Вами замечена . Правильна ли эта версия , сказать трудно , но так или иначе Капица остался у Резерфорда ( с условием не вести красную пропаганду ), и вскоре скромный стажер , плохо знающий анг лийский язык , стал близким к Резерфорду че ловеком, имеющим свою лабораторию . Всле д за Фарадеем Капица обратился к импульсн ым магнитным полям , задумав довести их до небывалой силы. Вот история восхождения молодого советско го физика в Кембридже , в Кавендишской лабо ратории Резерфорда , описанная им самим в п ис ьмах к матери О . И . Капице. 12 августа 21-го года. ...Вчера в первый раз имел разговор на научную тему с профессором Резерфордом . Он был очень любезен : повел к себе в комнату , показывал приборы . В этом челов еке , безусловно , есть что-то обаятельное , хотя по рою он и груб. 1 ноября 21-го года . ...Результаты , которые я получил , уже даю т надежду на благополучный исход моих опы тов . Резерфорд доволен , как передавал мне его ассистент . Это сказывается на его отно шении ко мне . Когда он меня встречает , всегда говорит приветственные слова . Приглас ил в это воскресенье пить чаи к себе , и я наблюдал его дома . Он очень м ил и прост ... Но ... когда он недоволен , то лько держись , так обложит , что мое почтени е. Для изучения свойств альфа - частиц П . Л . Капица предложил помещать камеру Вильсона в магнитное поле . В нем траект ория заряженной частицы искривляется , причем радиус искривления зависит от импульса частиц ы. 29 ноября 1922-го года . Для меня сегодняшний день до известно й степени исторический ... Вот лежит фотография на ней т олько три искривленные л инии полет альфа - частицы в магнитном пол е страшной силы . Эти три линии стоили профессору Резерфорду 150 фунтов стерлингов , а м не и Эмилю Яновичу трех с половиной м есяцев усиленной работы . Но вот они тут , и в университете о них вс е знают и говорят . Странно : всего три искр ивленные линии ! Крокодил очень доволен этими тремя искривленными линиями . Правда , это только начало работы , но уже из этого первого снимка можно вывести целый ряд за ключений , о которых прежде или совсем не подозрев а ли , или же догадывались по косвенным фактам . Ко мне в комнату в лабораторию приходило много народу смо треть три искривленные линии , люди восхищалис ь ими ... 4 декабря 1922-го года . Я эти дни был что-то вроде именинн ика , 2-го в субботу был прием у проф . Дж . Томсона по случаю приезда голланд ского физика Зеемана . Конечно , надо было н апялить смокинг . Я говорил с Зееманом , и меня представляли примерно таким образом , ч то это , дескать , такой физик , который решае т такие проблемы , которые считаются невозможн ыми (д л я решения ). И эти генера лы меня трепали около 20 минут , пока я н е ушмыгнул в угол ... Сегодня Зееман и л орд Релей (сын ) были у меня в лаборатор ии и смотрели мою работу ... 15 июня 1923-го года . Вчера был посвящен в доктора философи и ... Мне так дорого стоил этот миг , что я почти без штанов . Благо Крокодил дал взаймы , и я смогу поехать отдохну ть ... Проведя серию экспериментов в магнитных полях до 43 тыс . Э (4,3 Тл ), Капица решил распространить измерения на более сильные поля . Для этого необходимо было создат ь соленоиды , поле которых превышало бы пре жнее примерно в 10 раз. Основные трудности при создании сильных полей заключаются в том , что для этог о необходим источник тока огромной мощности , кроме того , существует опасность разрушения соленоида при нагревании . Для решения этих проблем Капица предложил создавать си льные магнитные поля на очень короткое вр емя в течение которого можно еще провести необходимые измерения и в то же врем я избежать разрушения соленоида . Известно , что любая обмотка обладает т епловой и нерцией : она не может мгновен но нагреться до температуры плавления даже под влиянием очень большого тока . В сис темах , работающих кратковременно , упрощается пробл ема источника сильного тока . Поэтому в кач естве такого источника можно использовать уст ройства, способные дать мгновенный мощный разряд , следующий за относительно продолжительн ым периодом зарядки . Таких устройств довольно много . Можно , например , использовать электриче скую энергию , накопленную в конденсаторной ба тарее , работающей при разрядке практи ч ески в режиме короткого замыкания . Мож но воспользоваться магнитной энергией , накопленно й в магнитном поле трансформатора . По расч етам Капицы , для получения магнитного поля 50 Тл понадобится трансформатор с малым числ ом витков на вторичной обмотке , с серде ч ником длиной 2...3 м и диаметром 30...40 см . Модельный эксперимент с использованием ма гнитного поля трансформатора был без промедле ния проведен П . Л . Капицей вместе с изв естным английским физиком П . М . С . Блэкетто м . Эксперимент оказался неудачным . Выяснил ось , что быстро механически разорвать первичн ую цепь трансформатора почти невозможно : при разрыве появляется дуга , и энергия намагн иченного железа , вместо того чтобы обрушиться лавиной во вторичную цепь , возвращается в первичную и выделяется в дуге . Конде нсаторы также оказались непригод ными , поскольку в то время они были ве сьма несовершенны и громоздки . П . Л . Капица обратился к аккумуляторны м батареям . Их тоже пришлось специально ко нструировать , поскольку необходимо было , чтобы их собственная емкость и ак тивное сопротивление были бы минимальными . С помощью новых аккумуляторных батарей при их коро тком замыкании удалось мгновенно получить ток 7 тыс . А и мощность 1000 кВт . Разряжая бата рею на один из соленоидов с внутренним диаметром 1 мм , П.Л . Капица получи л на 0,003 с (пока соленоид не разрушился ) магнитное поле 50 Тл . С помощью этой ба тареи было испытано множество соленоидов самы х разнообразных конструкций . В одном из со леноидов , навитом медной лентой , можно было проводить измерения в поле до 13 Тл . Когд а ж е этот соленоид поместили на время опыта в жидкий азот , оказалось возможным проводить регулярные измерения в ма гнитном поле с индукцией 25 Тл . Это было тем максимумом , которого удалось в то в ремя добиться с помощью аккумуляторов . Для получения больших пол е й необходимо было искать другой , более мощный источник электроэнергии , который должен был давать мощность порядка 50 тыс . кВт в течение вр емени , пока обмотка не нагреется до 150 С (тепловой предел электроизоляции ), т.е . в тече ние 0,01 С . В январе 1923 г . в Лондоне П . Л . Капица познакомился с молодым советским ин женером М . П . Костенко , в то время рабо тавшим в Англии . Костенко , как и Капица , был инженером-электромехаником по образованию и окончил тот же Политехнический институт . Вскоре они подружились . Петр Леонид ович предложил своим новым друзьям супругам Костенко вместе съездить в отпуск во Францию . Он помог им получить французские визы , и они вместе отпраздновали в Пари же День взятия Бастилии . Интересно , что в то время Костенко как раз занимался теми веща ми , кото рые могли заинтересовать Капицу , он разрабаты вал , в частности , электромагнитный молот и электромагнитную пушку специализированные электромех анические системы , важным элементом которых б ыла электрическая машина , работающая в режиме короткого замыка н ия . Для опытов Капицы нужны были большие токи на весьма небольшие моменты времени . И он подумывал о токах короткого зам ыкания . Костенко , уже работавший с генераторам и , действующими в условиях коротких замыканий (электромагнитный молот ), предложил использо вать для этой цели большие всплески тока , возникающие при внезапном коротком за мыкании синхронных генераторов . В качестве но вого источника большой мгновенной мощности мо жно было взять быстроходный синхронный генера тор , чтобы использовать в течение небольш о го промежутка времени запасенную ранее электромагнитную и кинетическую энергию ротора . Костенко мастерски подобрал параметры нео бходимого генератора , получив максимально возможн ые для машины заданных габаритов всплески тока и соответствующие магнитные пол я . Капица ознакомил с проектом руководителя Кавендишской лаборатории . Профессор Резерфорд высоко оценил идею эксперимента и даже предположил возможность создания с помощью у дарного генератора магнитных полей порядка 700 Т л (!) и тем самым , воздействовав н а в нутреннее поле атома и заставив все элект роны вращаться в одной плоскости , сплющить атом. Костенко и Капица стали соавторами пр едложенного ими устройства и получил 30 июня 1926г . английский патент . Импульсный генератор был изготовлен и с большим успехом испытан . В качестве мощного источника тока П . Л . Капица и М . П . Костенко предложили использовать электрогенератор номинальной мощность ю 2 тыс . кВт , который в режиме короткого замыкания не сгорал , как обычные генераторы , а выдавал без аварийных последстви й в течение 0,01 с мощность 50 тыс . кВт . Этот генератор был построен фирмой Метрополитен Виккерс по расчетам М . П . Костенко , П . Л . Капицы и Майлса Уокера . Генератор приводился во вращение специальным электродвигат елем , получавшим энергию от аккумуляторных батарей . Масса ротора генератора составляла 2,5 т , диаметр его 50 см . Большой момент инерции ротора позволял обойтись без специального маховика . Генератор давал переменный ток , что было очень существенно , поскольку большой ток короткого замыкания был нуже н лишь на небольшой промежуток времени . Если бы генератор давал постоянный ток , то п о прошествии 0,01 с этот постоянный ток грома дной силы должен быть выключен , а это само по себе сложнейшая проблема . Переменный ток , как известно , два раза в течение каждо г о периода сам проходит через нулевое значение , и выключить генерат ор , когда ток проходит нулевое значение , н е представляет особого труда . Нужно только строго синхронизировать момент прохождения ток а через нуль с моментами включения и выключения генератора на короткое зам ыкание . Сделать это абсолютно точно невозможн о : момент выключения может совпадать с так им временем , когда ток в обмотке еще н е равен нулю . Поэтому П . Л . Капице на всякий случай пришлось сконструировать выключа тель на ток 5 тыс . А (амплитуда т ока 30 тыс . А ), отключающий цепь за 0,0001 с . Эт от выключатель сам по себе подлинное прои зведение инженерного искусства. Соленоид , на который обрушился колоссальн ый ток короткого замыкания генератора , предст авлял собой катушку из медной проволоки к вадратн ого сечения . В последующих экспери ментах медь была заменена сплавом меди с кадмием , обладающим большей механической про чностью при несколько повышенном электросопротив лении . Когда ток генератора проходил через катушку , в ней развивались грандиозные меха ни ч еские усилия , достигающие нескольк их десятков тонн . Чтобы эти усилия не разорвали обмотку , она снаружи скреплялась пр очной стальной лентой , воспринимающей усилия. Это , однако , было не все . Под влиян ием мощных сил катушка немного разматывалась , и концы ее о трывались от тех электровводов , через которые к катушке пода вался ток . Катушка за катушкой погибали вс ледствие второстепенного явления уже после то го , как были преодолены , казалось бы , все основные трудности . Устранение мелочей заняло несколько месяцев . Н а конец решени е было найдено . Капица создал обмотку , кот орая могла дышать , т.е . автоматически расширять ся . Один из контактов был сделан подвижным и сам после нескольких испытаний занимал то положение , которое ему больше нравилос ь. Другой серьезной трудностью была кр аткость времени , в течение которого можно было производить измерения . Ведь магнитное по ле существовало в соленоиде всего 0,01 с , и за это время все эксперименты надо был о начать и закончить . Кроме того , работу осложняли микроземлетрясения , происхо д я щие при резком торможении генератора в то т момент , когда его обмотка замыкалась нак оротко . Несмотря на то , что генератор был установлен на массивном фундаменте , покоящем ся на скальном основании на виброустойчивой подушке , волна микроземлетрясения искажал а результаты измерений . Чтобы этого не происходило , П . Л . Капица нашел вес ьма изящный выход . Он расположил соленоид с объектом исследования в другом конце за ла на расстоянии 20 м от генератора . Волна землетрясения , движущаяся со скоростью звука в данной ср е де , проходила 20 м за 0,01 с и достигала соленоида уже к тому времени , когда измерения проведены. В момент короткого замыкания температура в обмотке очень сильно повышается , а затем постепенно выравнивается . Расчеты показали , что эта температура должна пре вышать температуру Солнца . Это дало повод профес сору Эддингтону шутливо заявить : Работы П . Л . Капицы и Э . Резерфорда по расщеплению атома приводят к тому , что , хотя темпера тура в глубинах звезд , быть может , равна миллионам градусов , эти глубины являются д о вольно прохладным местом по срав нению с Кавендишской лабораторией. Вот что писал П . Л . Капица о св оих опытах Резерфорду , находившемуся в то время в Каире. Кембридж . 17 декабря 1925г. Я пишу Вам это письмо в Каир , дабы рассказать , что мы уже сумели получит ь поля , превышающие 270 тыс ., в цилиндрическ ом объеме диаметром 1 см и высотой 4,5 см . Мы не смогли пойти дальше , так как ра зорвалась катушка , и это произошло с оглуш ительным грохотом , который , несомненно , доставил бы Вам массу удовольствия , если бы Вы слы ш али 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 дене г были потрачены не впустую , и все раб отает исправно. Авария явилась наиболее интересной частью эксперимента и окончательно укрепляет веру в успех , ибо теперь мы точно знаем , что происходит , ко гда катушка разрывает ся . Мы также знаем теперь , как выглядит дуга в 13 тыс . А . Очевидно , тут вообще нет ничего пагубного для аппаратуры и даж е для экспериментаторов , если они держатся на достаточном расстоянии. Со страшным нетерпением жажду увидеть Вас сно ва в лаборатории , чтобы в мельчайших деталях , иные из которых забавны , рассказать Вам об этой схватке с маш инами. С помощью импульсного генератора П . Л . Капице удалось провести планомерные исследо вания в магнитных полях до 32 Тл . Это по ле , занимавшее объем всего 2 см 3, стало верхней границей уверенно получаемого магнитно го поля . Вплоть до этой границы Капица совместно с другими учеными исследовал явл ения Зеемана и Пашена Бека , магнитосопротивле ние , магнитострикцию и другие эффекты. Рассматривая перспективы получения еще более сильных магнитных полей , П . Л . К апица указывал в одной из своих статей , что уже в то время (в 20-е годы ) с остояние техники позволяло сделать конденсаторны е батареи , которые могли бы создать поле 200...300 Тл . Однако технические труднос т и 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 , оставали сь нетронутыми более 20 лет . Они были побиты лишь в 50-х годах . Постепенно Капица убед ил Резерфорда построить специальную лабораторию для исслед ований в сильных магнитных полях и при сверхнизких температурах . Резерфорд поддержал э ти предложения и даже получил соответствующие средства . Решение вопроса сильно облегчалось тем , что авторитет К а пицы 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 поднял ось современное , хотя и не слишком большое здани е лаборатории имени Монда , дирек тором которой был назначен П . Л . Капица. Торжественное открытие состоялось в февра ле 1933г . в присутствии премьер-министра Великобр итании С . Болдуина и , разумеется , Э . Резерфо рда. Резерфорд был необычайно доволен и но вым зда нием , 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 физ ика Капицы , создавшего специальные мощные ген ераторы , которые замыкались накоротко , создавая токи огромной силы , пропускавшиеся по масси вным проводам ; провода ш и пели и трещали , как рассерженные змеи , а в окру жающем пространстве возникало магнитное поле колоссальной силы ... Капица был пионером в создании лабораторий-заводов с мощным оборудовани ем ... Сейчас , в связи с созданием атомной бомбы и развитием исследовани й по физике атомного ядра , такие лаборатории с тали совершенно обычными ''. Однако директором Монд - лаборатории П . Л . Капица пробыл недолго . Пришло время воз вращаться на родину , надо было налаживать научную работу в Москве создавать Институт физических проб лем 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 , полность ю отдавшие себя научному творчеству. Однако Капица приехал в Москву , не имея ни сотрудников , ни на учной шко лы . Готовых кадров не было . А может , эт о и неплохо создавать новые направления и традиции . Несколько лет заняло формирование и о бучение основного и вспомогательного состава сотрудников , образование его ядра . В институте культивировалось служение науке . Руководств о его также должно было участвовать в научном процессе . Капица не собирался отказ ываться от проведения собственных исследований . Только когда работаешь в лаборатории сам , своими руками , проводишь эксперименты , пускай часто даже в самой ру т инной их части , только при этом условии можно добиться настоящих результатов в науке , п исал он . Чужими руками хорошей работы не сделаешь . Человек , который отдает несколько десятков минут для того , чтобы руководить научной работой , не может быть большим уч е ным . 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 ла боратории , он не только прекращает свой рост , но и вообще перестает бы ть ученым. Наконец , институт укомплектован , в нем ведутся исследования ... Мне кажется , цель дости гнута , и институт можно считать не только одним из самых передовых в Советском Союзе , но и в Европе , писал радостный Капица . На установке для получения сверхсил ьных магнитных полей кавендишцы механик Пирсо н и лаборант Лауэрман помогали продолжать кембриджские опыты . В одном из них был зафиксирован новый рекорд получено импульсно е магнитное поле в 50 Тл. Мировая наука остро нуждалас ь в сверхсильных магнитных полях . Физики циклотронн ой лаборатории Гарвардского университета , наприме р , мечтали о полях хотя бы 20 Тл , которые могли бы заметно искривлять траектории ч астиц , попадающих в толстые фотоэмульсии . Они использовали конденсаторные батареи. Мощные конденсаторные батареи за 0,00001 с могли обеспечить получение электрической мощност и 1 млн . кВт или 1 млрд . Вт (мощность Днеп рогэса 600 тыс . кВт ), удалось получить магнитное поле более 100 Тл . Внезапное высвобождение огр омной энергии проис ходило 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 , выж ивают лишь в полях до 30...35 Тл . Соленоиды битте ровского типа , изготовленные из медн ых дисков , оказались устойчивее , но и они выдерживали магнитные поля не выше 50...70 Тл . Соленоиды не в состоянии противодействовать огромным усилиям , возникающим в таких пол ях . Особенно слабым местом казалась межвитков а я изоляция . Чтобы от нее изба виться , пришлось перейти на один-единственный массивный виток , который вместе с держателем изготовили из меди , закаленной стали или бериллиевой бронзы. Цель экспериментов выяснить , насколько ра зличные металлы могут противостоят ь механ ическим и тепловым воздействиям сверхсильных импульсных полей . Эксперименты показали , что н и один металл не может без разрушения выдержать усилия , возникающие в магнитном п оле 100 Тл . Казалось бы , этим и будут огра ничены успехи физики сверхсильных п олей . Однако современными учеными , по-видимому , найден выход из этого затруднительного положе ния . Он заключается в применении бессиловых обмоток , где используются принципы наложения противоположно направленных сил. Разработано большое число бессиловых и ма лосиловых обмоток . Бессиловые обмотки это последняя надежда физиков на получение устойчивых полей в неразрушающихся обмотках в том случае , если не будут открыты более прочные и тугоплавкие материалы. Сильные магнитные поля при разрядке м ощных конденсаторны х батарей на биттеровс кий соленоид , иногда запеченный для прочности в керамику , или на отдельный виток се йчас широко используются для создания полей 20...70 Тл. Значительным техническим достижением являетс я создание в Институте атомной энергии им ени И . В . Курчатова (С . Х . Хакимов с сотрудниками ) соленоида нового типа , предста вляющего собой цельноточеную спираль из берил лиевой бронзы . Этот импульсный магнит создает в зоне диаметром 8 см магнитное поле 30 Тл. А не существует ли способа получения сильного магн итного поля , основанного не на внезапном обрушивании на соленоид громадной энергии , а на каком-то ином пр инципе ? Советские электротехники Г . А . Бабат и М . С . Лозинский в 1940 г . опубликовали статью , в которой высказали идею о концент раторе потока. Эту идею легко понять . Представим себе разрезанную трубку с током , со сто роны разреза замкнутую металлическим поршнем . Внутри трубки ток создает магнитное поле , характеризующееся густотой магнитных силовых лин ий , т.е . числом их , приходящимся на единицу площади се ч ения внутренней облас ти трубки . Что произойдет , если поршень вн езапно ввести во внутреннюю область трубки ? Внутреннее сечение трубки резко сократится . Так как число силовых линий , сцепленных с трубкой , мгновенно измениться не может , плотность их в уменьши в шемся с ечении столь же резко возрастет . Следовательн о , возрастут и магнитная индукция , и напря женность магнитного поля. Таким образом , принцип концентрации поток а сводится к тому , что поле относительно небольшой напряженности создается сначала в большом об ъеме , затем сечение магнитн ого потока резко сокращают поле резко воз растает. Хауленд и Фонер , используя идею Г . А . Бабата и М . С . Лозинского , создали ко нцентратор без механического сокращения рабочей зоны магнита . Выяснилось , что , поместив вн утри соленоида массивный виток с неболь шим внутренним диаметром , можно также добитьс я эффекта концентрации : при импульсе тока во внешней обмотке в массивном витке наво дятся вихревые токи , которые вытесняют магнит ный поток к центральному отверстию массивного витка . С по м ощью концентраторов получено магнитное поле 45 Тл , в то вре мя как в соленоиде без массивного витка поле более 30...35 Тл получить весьма трудно. В других экспериментах получено магнитное поле 20 Тл в значительном объеме (примерно равном объему стакана ). В этот объем вставлялись толстые фотоэмульсии для исследо вания ядерных процессов . Батарея конденсаторов при этом имела массу более 30 т. Вершиной , венчающей все исследования в области сверхсильных магнитных полей , явилась серия экспериментов , проведенных нес коль ко лет назад советскими физиками под руко водством академика А . Д . Сахарова. Рассматривая идею концентрации магнитного потока и понимая , что эффект концентрации тем выше , чем быстрее произойдет схлопывани е зоны концентрации , можно прийти к выводу , что э тот эффект будет наиболее у спешным в том случае , если схлопывание про извести с помощью взрывчатых веществ. Если внутри замкнутого массивного витка каким-то образом создать магнитное поле , то затем , сжимая виток с помощью кумулятив ного взрыва , можно добитьс я того , что плотность магнитного поля внутри суженного витка сильно возрастет . Это происходит в силу того обстоятельства , что магнитный п оток , сцепленный с каким-то контуром , не мо жет мгновенно изменяться . Аналогичные идеи бы ли позже опробованы и американ с ки ми физиками в Лос - Аламосской лаборатории. Устройство , использованное в советских эк спериментах , схематически изображено на рис . 6. Первоначальное магнитное поле 100 Тл создается п ри помощи устройства , также работающего на взрывном принципе . Металлическ ое кольцо-вит ок диаметром 7,5...10 см окружают 4...8 кг взрывчатки . Когда внешнее поле достигает максимума , взр ывчатку подрывают и кольцо за 0,000001 с , т.е . со скоростью 4 км /с , сужается до 0,4 см. В процессе схлопывания советскими физикам и было замерено магнитное поле 2500 Тл , а американскими 1460 Тл . (Это рекордное магнитное поле было получено путем последовательного использования двух взрывных , или магнитокуму лятивных , генераторов МК -1, МК -2. Второй из ни х использовался для создания запального поля , ко т орое затем охлопывалось генер атором МК -1.) Дальнейшие измерения поля были невозможны , поскольку во время схлопывания диаметр кольца уменьшался настолько , что оно раздавливало датчик , с помощью которого п роизводили измерения . Весь процесс длился мил лионные доли секунды. А . Д . Сахаров считает , что достигнутое поле не предел . Используя другие взрывчат ые вещества , например ядерные заряды , можно получить магнитные поля , равные 10000 Тл . Такие поля существуют лишь в недрах планет и звезд . Давление магнитного поля рас тет пропорционально квадрату его напряженности , поэтому при достижении столь сильных полей будут развиваться и соответствующие давления . Проведение экспериментов при одновременном сочетании столь сильного поля и давления имеет чрезвычайно большое значе ние для изучения , например , процессов , происходящих вн утри планет и звезд , при гравитационном ко ллапсе сверхзвезд и т.п. Применяют ли импульсные поля в техник е ? Перспективы технического использования импульс ных полей весьма многообещающи , хотя эта о бласть техники пока делает свои первые шаги. С помощью магнитного импульсного поля , например , наклепывают защитную металлическую т рубку на стальной трос . Давление , развиваемое импульсным полем , настолько велико , что т рубка придавливается к негладкой поверхности т роса с такой плотностью , какую невозм ожно получить другим способом. Точно так же можно использовать элект ромагнитные усилия , возникающие в мощных магн итных полях , для штамповки деталей , запрессовк и проводящих элементов в изоляционные втулки и других технич еских целей . Сверхсиль ные магнитные поля , по-видимому , найдут примене ние в дальней космической радиосвязи , при изучении элементарных частиц и свойств плазмы . Быть может , наиболее грандиозный и сме лый проект использования импульсных полей в физических иссле дованиях проект , в ко тором предлагается применять крупный магнитокуму лятивный генератор для получения заряженных ч астиц с колоссальной энергией . Чтобы разогнат ь частицы до энергии 10 в 12 степени эВ , в качестве заряда потребуется использовать яде рное устр о йство . Взрыв предполагается осуществить в камере объемом 10 в 4 степени м 3, находящейся на дне шахты глубиной 1 км . Удивительно , что это , казалось бы , безу мно дорогое устройство должно быть значительн о дешевле обычного ускорителя , дающего частиц ы с той же энергией.