Вход

Петр Капица

Реферат по физике
Дата добавления: 04 мая 2002
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 210 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
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.
© Рефератбанк, 2002 - 2017