Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
запоминающего осциллографа. Напряженность магнитного поля в соленоиде
контролировалась по значению разрядного тока в нем, и сигнал,
пропорциональный Н, записывался вторым каналом осциллографа.
Контроль и поддержание температуры в диапазоне Т = 100 ^ 400 К
выполнялись схемой, включавшей в себя потенциометр и систему
терморегулирования. Давление в камере высокого давления измерялось
манганиновым датчиком.
158
ГЛАВА 5
ПЕРСПЕКТИВЫ ТЕХНИКИ СИЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В
ФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ
Е>.1. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ
Сильное магнитное поле как средство воздействия на вещество широко
применяется в научных исследованиях . Поэтому может быть полезен прогноз
развития техники СМП вместе с рассмотрением наиболее интересных
фундаментальных и прикладных проблем, которые могут быть решены с
использованием СМП.
В конце 70-х годов эти вопросы изучались группой экспертов, в которую по
предложению Национального совета научных исследований США вошли
признанные специалисты в области генерации СМП и их применения в физике и
технике. Результаты работы этой группы были представлены в докладе, с
которым председатель группы Келлер выступил на конференции ''Магнетизм и
магнитные материалы" в 1979 г. Рассматривались, в частности, следующие
вопросы [177]. Какие СМП могут стать доступными экспериментаторам к 2000
г.? Какие научные исследования это ускорит? Какие методы генерации СПМ
получат наибольшее развитие? Каковы новые идеи получения максимально
сильных магнитных полей?
Для получения ответов на эти вопросы упомянутая выше группа исследовала
проблему, разделив ее на три части: тематика физических экспериментов в
СМП; практические применения СМП; конструкционные материалы и
проектирование установок.
Доклад Келлера [21,177] был построен на основе анализа анкет, полученных
более чем от 100 специалистов США, Японии, ФРГ, Великобритании, Бельгии,
Голландии, Франции и др.
Примерами исследований, в ходе которых ожидают открытия новых явлений,
могут быть такие эксперименты с применением СМП, как изучение
сверхпроводников с высокими критическими полями, изучение так называемых
переходов к более низкой размерности в металлах и полупроводниках
(например, кристаллизация Вигнера) и электронных состояний бинарных
сплавов, а также спектроскопия атомов и молекул в СМП.
Отдельные группы наиболее интересных задач могут быть решены с
использованием СМП с такими параметрами:
постоянные поля - В до 75 Тл;
квазистационарные поля - Вт до 100 Тл, т0о ~ 1СГ2 т КГ1 с;
воспроизводимые поля - Вт до 250 Тл, 700 * Ю~4 -г 10"3 с;
однократные эксперименты - Вт = 1000 -г 10 000 Тл,г00 < 10-s с.
К областям вероятного практического применения СМП относят новые способы
производства энергии (прежде всего управляемый термоядерный синтез и МГД-
генераторы), а также мощные накопители энер-
159
гии. Интересные перспективы имеются при использовании СМП для магнитной
сепарации (разделения) в целях регенерации сырья и обогащения руд. Кроме
того, привлекают внимание еще не совсем ясные идеи создания новых
материалов путем синтеза их в магнитном поле. Прогресс в технике СМП,
безусловно, важен для проектирования маг нитных систем ускорителей
высоких энергий и т.п.
Обширная и интересная область физических исследований открывается, если
станет возможным использование в экспериментах постоянных полей с В - 30
Тл и более. Так, для проведения ряда уникальных экспериментов необходимо
иметь постоянное поле с 5 ~ 75 Тл. Примером может служить использование
ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в биологии и химии: в таких полях
резонансные частоты ЯМР сравнимы с частотами Л'-диапазона (X = 3 см)
электронного парамагнитного резонанса, что обеспечивает высокие
разрешающую способность и чувствительность ЯМР. В больших полях, когда =
еВ/т > г-1 (u>L - частота ларморовской прецессии электрона, г - время
между столкновениями для электрона), становится возможным изучение
эффекта де Гааза - Ван Альфвена и циклотронного резонанса в
концентрированных двойных сплавах (для них г относительно мало) и в
''жестких" сверхпроводниках (сверхпроводниках третьего рода), что крайне
важно для выяснения подробностей их электронной структуры.
Интересные преспективы открываются для спектроскопических исследований,
так как могут быть изучены магнитные эффекты для атомных уровней с малыми
квантовыми числами. В этом аспекте создание установки для генерации
постоянных полей с индукцией до 75 Тл является одной из наиболее важных
задач техники СМП. К сожалению, в рамках известных технологий получение
таких полей маловероятно, так как потребуются очень большие
капиталовложения на создание низковольтных источников постоянного тока
мощностью 100-200 МВт (рис. 5.1). Такие источники энергии могут стать
доступными лишь в отдаленной перспективе. Поэтому нужно детально изучить
методы
Рис. 5.1. Зависимость мощности, подводимой к соленоиду, от индукции
создаваемого в нем поля. Расчет сделан для медных соленоидов с рабочим
