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

мощности недостаточно (как это получилось с рекордным соленоидом Кольма), на вал

машин насаживают маховик. Накопив в нем достаточную энергию, можно, как это было

сделано П.Л.Капицей, в течение короткого времени снимать с генераторов мощность,

превышающую номинальную в несколько раз.

В настоящее время генераторы, предназначенные для кратковременного питания

крупных электромагнитов, могут иметь массу роторов до нескольких сотен тонн.

В Королевском радарном центре Великобритании источником питания соленоидов

служили мощные аккумуляторные батареи, снятые с подводной лодки.

В поисках новых путей Кольм разработал конструкцию соленоида, названного им

гидромагнитом. Соленоид состоит из соосных труб, между которыми в радиальном

направлении поступает какая-нибудь хорошо проводящая электричество жидкость,

например жидкий натрий или жидкое серебро. Обе трубы помещены в небольшое

магнитное поле. Поступающая жидкость пересекает силовые линии поля, и в ней

наводится электродвижущая сила (ЭДС), под действием которой в жидкости начинает

течь электрический ток, совпадающий по направлению с током, создающим поле

возбуждения. Таким образом, сама жидкость становится обмоткой соленоида.

Магнитное поле, которое можно получить с помощью этой "обмотки", зависит от

скорости перемещения жидкости, ее электропроводности и значения поля

возбуждения. Кольм рассчитал, что в гидромагните, наполненном расплавленным

серебром, при температуре 1000 °C в магнитном поле 6 Тл при расходуемой

мощности 70 тыс. кВт и скорости поступления серебра 200 л/с можно получить

магнитное поле 40Тл.

Однако, если отвлечься от прочих трудностей, достижение столь грандиозных полей

приводит к тому, что материалы обмотки под действием давления магнитного поля

начинают течь. В соленоиде Кольма на 25 Тл давление, как уже говорилось, в 3

раза превышает давление на дне глубочайшей океанской впадины. А давление растет

пропорционально квадрату напряженности поля. При увеличении напряженности поля

чуть больше чем в 3 раза давление возрастает в 10 раз.

При поле напряженностью 100 Тл магнитные усилия эквивалентны тем, которые

развиваются в жерле пушки при выстреле. Держать такое поле — это все равно, что

задержать взорвавшийся в казенной части пушки снаряд таким образом, чтобы и

снаряд не вылетел, и пушка не разорвалась.

А обязательно ли рост напряженности поля связан с ростом давления?

Электромагнитная сила может быть рассчитана как векторное произведение плотности

тока в обмотке на индукцию магнитного поля (это та же самая лоренцева сила,

которая отклоняет частицы в ускорителях). Разработана конфигурация обмоток и

соленоидов, в которых почти полностью отсутствуют усилия. Такие обмотки и

соленоиды называют бессиловыми. Недавно была построена крупная бессиловая

система для исследования термоядерных реакций, работающая на несколько ином

принципе: в ней усилия с обмоток соленоида переносятся на массивную стальную

несущую конструкцию.

При изучении вопроса о возможности создания бессиловых обмоток советские и

американские ученые пришли к выводу, что эта проблема совсем не безнадежна.

Рассмотрим, например, обмотку, выполненную в виде длинной спирали с большим

шагом. Такая обмотка создает два поля (поле, конечно, одно, но для удобства его

часто раскладывают на осевую и радиальную составляющие, которые дают в сумме

действительное поле): суммарное поле, направленное вдоль оси (осевое), и поле,

окружающее каждую проволочку в отдельности (кольцевое). Осевое поле обмотки

стремится разорвать ее; поле, окружающее обмотку, стремится ее сжать. Таким

образом, усилия, направленные в разные стороны, взаимно уничтожаются.

Более приемлемой, возможно, окажется другая обмотка. Ее можно выполнить из

нескольких слоев, причем обмотка во внутреннем слое почти параллельна оси, а во

внешнем — почти перпендикулярна к ней. В такой обмотке переход от осевого поля к

кольцевому осуществляется постепенно, и усилия сжатия распространяются

равномерно на все слои. Эта система — прообраз мощных систем будущего, в которых

магнитные поля колоссальной напряженности будут сочетаться с изяществом и

ажурностью конструкции.

Логическим развитием тенденции охлаждения соленоидов стал уход в зону предельно

низких температур. У Биттера охлаждение витков водой позволяло повысить