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

"4 декабря 1922-го года.

Я эти дни был что-то вроде именинника, 2-го в субботу был прием у проф. Дж.

Томсона по случаю приезда голландского физика Зеемана. Конечно, надо было

напялить смокинг. Я говорил с Зееманом, и меня представляли примерно таким

образом, что это, дескать, такой физик, который решает такие проблемы, которые

считаются невозможными (для решения). И эти генералы меня трепали около 20

минут, пока я не ушмыгнул в угол… Сегодня Зееман и лорд Релей (сын) были у

меня в лаборатории и смотрели мою работу…"

"15 июня 1923-го года.

Вчера был посвящен в доктора философии… Мне так дорого стоил этот миг, что я

почти без штанов. Благо Крокодил дал взаймы, и я смогу поехать отдохнуть…"

Проведя серию экспериментов в магнитных полях до 43 тыс. Э (4,3Тл), Капица решил

распространить измерения на более сильные поля. Для этого необходимо было

создать соленоиды, поле которых превышало бы прежнее примерно в 10 раз.

Основные трудности при создании сильных полей заключаются в том, что для этого

необходим источник тока огромной мощности, кроме того, существует опасность

разрушения соленоида при нагревании. Для решения этих проблем Капица предложил

создавать сильные магнитные поля на очень короткое время в течение которого

можно еще провести необходимые измерения и в то же время избежать разрушения

соленоида.

Известно, что любая обмотка обладает тепловой инерцией: она не может мгновенно

нагреться до температуры плавления даже под влиянием очень большого тока. В

системах, работающих кратковременно, упрощается проблема источника сильного

тока. Поэтому в качестве такого источника можно использовать устройства,

способные дать мгновенный мощный разряд, следующий за относительно

продолжительным периодом зарядки. Таких устройств довольно много. Можно,

например, использовать электрическую энергию, накопленную в конденсаторной

батарее, работающей при разрядке практически в режиме короткого замыкания. Можно

воспользоваться магнитной энергией, накопленной в магнитном поле трансформатора.

По расчетам Капицы, для получения магнитного поля 50 Тл понадобится

трансформатор с малым числом витков на вторичной обмотке, с сердечником длиной

2…3 м и диаметром 30…40 см.

Модельный эксперимент с использованием магнитного поля трансформатора был без

промедления проведен П.Л.Капицей вместе с известным английским физиком

П.М.С.Блэкеттом. Эксперимент оказался неудачным. Выяснилось, что быстро

механически разорвать первичную цепь трансформатора почти невозможно: при

разрыве появляется дуга, и энергия намагниченного железа, вместо того чтобы

обрушиться лавиной во вторичную цепь, возвращается в первичную и выделяется в

дуге.

Конденсаторы также оказались непригодными, поскольку в то время они были весьма

несовершенны и громоздки.

П.Л.Капица обратился к аккумуляторным батареям. Их тоже пришлось специально

конструировать, поскольку необходимо было, чтобы их собственная емкость и

активное сопротивление были бы минимальными. С помощью новых аккумуляторных

батарей при их коротком замыкании удалось мгновенно получить ток 7 тыс. А и

мощность 1000 кВт. Разряжая батарею на один из соленоидов с внутренним диаметром

1 мм, П.Л.Капица получил на 0,003 с (пока соленоид не разрушился) магнитное поле

50 Тл. С помощью этой батареи было испытано множество соленоидов самых

разнообразных конструкций. В одном из соленоидов, навитом медной лентой, можно

было проводить измерения в поле до 13 Тл. Когда же этот соленоид поместили на

время опыта в жидкий азот, оказалось возможным проводить регулярные измерения в

магнитном поле с индукцией 25 Тл. Это было тем максимумом, которого удалось в то

время добиться с помощью аккумуляторов. Для получения больших полей необходимо

было искать другой, более мощный источник электроэнергии, который должен был

давать мощность порядка 50 тыс. кВт в течение времени, пока обмотка не нагреется

до 150 °C (тепловой предел электроизоляции), т. е. в течение 0,01 с.

В январе 1923 г. в Лондоне П.Л.Капица познакомился с молодым советским инженером

М.П.Костенко, в то время работавшим в Англии. Костенко, как и Капица, был

инженером-электромехаником по образованию и окончил тот же Политехнический

институт. Вскоре они подружились. Петр Леонидович предложил своим новым друзьям