Магнит за три тысячелетия - [29]

гвозди, болтики со всех концов помещения устремились к небольшому бронзовому

кожуху, к которому были подведены две мощные водопроводные трубы. По ним

подавалась охлаждающая вода из теплообменника, который омывался водой из реки,

протекающей поблизости. Роль этих труб очень большая. Если бы к магниту не

подавалась охлаждающая вода со скоростью 50 л/с, то магнит мгновенно бы сгорел.

Потребляемая мощность магнита примерно равна 1700 кВт, или 1,7 МВт. Вся эта

мощность выделялась в виде тепла, которое необходимо было тут же отводить во

избежание повышения температуры магнита.

Конструкция Биттера оказалась настолько удачной, что до сих пор соленоиды,

построенные по этому принципу, называют биттеровскими. Оригинальный биттеровский

соленоид, с помощью которого впервые в течение длительного времени было получено

магнитное поле 10 Тл, представлял собой штампованные медные диски с 600

отверстиями для охлаждающей воды, имевшие радиальную прорезь. Последняя служила

для того, чтобы, немного изогнув диск, можно было присоединить его к следующему

диску для образования непрерывной спирали с током.

Первый биттеровский соленоид с полем 10 Тл, будучи сильнейшим в мире, непрерывно

работал "на науку". Единственным перерывом в его работе было время, когда для

осуществления "манхеттенского проекта" (создание первой американской атомной

бомбы) с помощью магнита Биттера в Ок-Ридже разделяли изотопы урана.

Бурное развитие физики в 60-е годы, особенно таких ее направлений, как магнитное

удержание плазмы, исследования сверхпроводимости, антиферромагнетизма, квантовой

оптики, элементарных частиц, привели к тому, что сверхсильные магнитные поля

стали остро необходимы, и для их получения были организованы лаборатории и

институты в Советском Союзе, США и Англии.

Достигнутое в 1965 г. магнитное поле 25 Тл в полмиллиона раз больше земного, в

100 раз больше поля солнечных пятен и лишь в 4 раза уступает магнитному полю,

которое, по расчетам, должно существовать в атомном ядре.

Поле 25 Тл достигнуто в Национальной магнитной лаборатории США с помощью

тройного соленоида, созданного Кольмом по расчету Монтгомери. Этот рекордный

соленоид с внутренним диаметром 10 см потреблял мощность 16 тыс. кВт. Его

внешняя секция намотана полой медной шиной квадратного сечения, внутренние

секции выполнены из медных дисков, на поверхности которых химическим способом

вытравлены радиальные каналы для охлаждения. Для изготовления магнита

использовано более 3 т меди. Давление магнитного поля на внутренние секции было

так велико, что медь начала "течь". Это давление более чем в 3 раза превышало

существующее на дне глубочайшей океанской впадины. Интересна система охлаждения

магнита, основанная на принципе пленочного кипения. При этом температура

охлаждаемой медной спирали была выше 100 °C, что вызывало возникновение на

ней многочисленных пузырьков пара, которые в течение тысячных долей секунды

превращались в огромное количество сравнительно холодной воды, водопадом (Слово

"водопад" здесь использовано не случайно. Для охлаждения этого магнита

используется вода протекающей неподалеку от лаборатории реки. Тепло,

выделяющееся в соленоиде, столь велико, что температура воды в реке на участке

ниже лаборатории повышается на полградуса.) обрушивающейся на соленоид. Удельная

теплота парообразования воды очень велика, поэтому при образовании на

поверхности спирали пузырьков от спирали отбирается гораздо более значительная

энергия, чем та, которая отбиралась бы просто при нагревании охлаждающей воды.

Этот принцип локального, или пленочного, кипения был впервые использован в

небольшом магните Кольма, с помощью которого получено поле 12,6 Тл. По сравнению

с соленоидом Биттера (поле 10 Тл) размером с колесо легковой автомашины этот

магнит величиной с грейпфрут был просто крошкой.

Сходную систему охлаждения имеет еще один грандиозный магнит. Он был создан в

Физическом институте АН СССР имени П.Н.Лебедева под руководством академика

А.М.Прохорова научными сотрудниками Л.П.Максимовым и В.Г.Веселаго. Соленоид,

напоминающий из-за множества шлангов-щупалец чудовищного осьминога, рассчитан на

получение магнитных полей более 20 Тл. Чтобы снабжать это "чудовище"

электроэнергией, построена специальная электростанция.

Колоссальное поле, полученное Кольмом в его магните на 25 Тл, создано в рабочей

зоне диаметром всего 10 см, хотя размер магнита более 1 м в поперечнике.

Проводить какие-либо крупномасштабные исследования на этом соленоиде довольно

сложно, поэтому конструкторы искали новые пути, с помощью которых можно было бы

получать значительные магнитные поля в больших рабочих объемах.

Может быть, использовать другое охлаждающее вещество? Интересный эксперимент был

проведен в Калифорнийском университете. Там еще в 1959 г. был построен соленоид,

охлаждаемый керосином. Почему выбран керосин? Дело в том, что вода, особенно с

примесями, не является идеальным изолятором, и по достижении некоторого

напряжения начинают сказываться ее электрические свойства. Обмотка, охлаждаемая

водой, подвергается коррозии. Анализ других жидкостей, которые можно было бы

использовать для охлаждения, показал, что с точки зрения теплоемкости и