§ 50. СВЕРХСИЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ

Закон сохранения магнитного потока используется, в частности, для получения сверхсильных магнитных полей с напряженностью до 15 МГс. Такие поля представляют интерес прежде всего для исследования свойств вещества в необычных условиях, где можно ожидать открытия совершенно новых явлений. Кроме того, сверхсильные магнитные поля нужны в некоторых экзотических экспериментах с элементарными частицами (см. § 36). Разработаны также специальные импульсные ускорители одноразового действия, в которых используются такие поля.

В чем же трудности создания мегагауссных полей? Прежде всего необходимо обеспечить очень высокую механическую прочность обмоток с током. Действительно, при поле в магнитное давление достигает 40 тыс. бар. Для сравнения укажем, что разрушающее давление для меди составляет всего около 2500 бар, а для закаленной стали — около 10 тыс. бар. Поэтому установки с мегагауссными полями всегда одноразового действия — они просто взрываются.

Другая трудность связана с тем, что для питания таких установок необходимы огромные импульсные мощности. Так, энергия одного литра магнитного поля в равна что эквивалентно энергии взрыва 1 кг тротила. Вследствие низкого КПД таких установок полная затрачиваемая энергия должна быть еще по крайней мере в 10 раз больше. Эту энергию необходимо «загнать» в магнитное поле за очень короткий промежуток времени , что соответствует импульсной мощности порядка десятка миллионов киловатт.

Простейший метод получения сверхсильных магнитных полей состоит в разряде конденсатора через катушку магнитного поля

Рис. VI.7. Схема эксперимента для получения сверхсильного магнитного поля «прямым» методом. 1 — конденсаторная батарея; 2 — ключ-разрядник; 3 — одновитковая катушка.

Рис. VI.8. Схема эксперимента для получения сильного магнитного поля методом сжимающегося проводящего цилиндра.

Стрелками показано направление внешнего давления. 1,2 — направления магнитных полей; 3 — стенка.

(рис. VI.7). Из баланса энергии в контуре находим

где — напряжение на конденсаторе емкости С; V — эффективный объем магнитного поля; установки. Таким способом удалось достичь полей до в объеме всего нескольких кубических сантиметров. Индуктивность катушки, создающей такое поле, ничтожно мала, и поэтому необходимо, чтобы емкость, питающая катушку, а также вся система токоподводов, обладали минимальной собственной индуктивностью. КПД таких установок в основном определяется тем, насколько удастся выполнить это условие.

Дальнейшее увеличение магнитного поля может быть достигнуто путем так называемого «обжатия» магнитного поля проводящими стенками. Можно, например, сжимать полый металлический цилиндр, помещенный в магнитное поле, параллельное его оси (рис. VI.8). В пренебрежении омическими потерями в стенках магнитное поле внутри цилиндра будет расти обратно пропорционально его площади. Обжатие можно производить внешним магнитным полем. На первый взгляд для этого нужно по крайней мере столь же сильное поле как и то, которое мы хотим получить внутри цилиндра. Существенный выигрыш получается при использовании кинетической энергии вещества цилиндра, которое при таких громадных давлениях ведет себя как жидкость. Если сначала относительно небольшим внешним полем разогнать стенки, то затем, двигаясь по инерции, они будут сжимать внутреннее магнитное поле до напряженности, значительно превышающей внешнюю.

Более эффективным является обжатие магнитного поля с помощью взрыва. Именно этим методом были получены поля напряженностью до (см. [10]).