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