Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
движущегося проводника. Причиной этого служит возникновение вихревых
электрических токов (токов Фуко) в металле, перемещающемся поперек
магнитного поля. Магнитное поле, создаваемое такими токами, ослабляет
магнитный поток внутри пластины и усиливает его вне металла (рис. 5.7). В
этом, собственно, и состоит принцип действия генератора СМП,
предложенного Бишо и Ямадой.
Результаты теоретических расчетов процесса сжатия поля были подтверждены
в эксперименте, который Бишо и Ямада провели на установке с одним
вращающимся диском. Основные параметры использованного оборудования
указаны ниже:
Электромагнит:
сечение полюсов, см...................... 5 х 5
число витков в обмотке................... 659 х 2
максимальный ток, А...................... 100
Максимальное поле, Тл.................... 1
Диск:
материал................................. Медь
диаметр, см.............................. 70
толщина, см.............................. 2
масса, кг................................ 197
момент инерции, кг • м2.................. 5,9
максимальная скорость вращения, рад/мин . . 3600
Результаты проведенных экспериментов убедительно доказывают существование
как усиления поля вне проводника, так и его ослабления в толще металла
(рис. 5.8).
При сооружении таких генераторов СМП нужно учитывать, что взаимодействие
вихревых токов, индуцируемых в дисках, с магнитным полем вызывает
значительные силы, тормозящие диски. Поэтому следует применять в таких
устройствах массивные диски с большими моментами инерции, т.е. обладающие
при движении значительным запасом кинетической энергии.
165
-"-Рис. 5.7. Возникновение эффекта магнитной эк-
Рис. 5.8. Распределение магнитного потока в зазоре электромагнита с
помещенным внутри его металлическим диском. Стрелки показывают значение и
направление В при неподвижном диске (пунктир) и в случае его вращения с
угловой скоростью 3300рад/мин (сплошные стрелки) [186]
Разумеется, помимо тормозящих диски азимутальных сил существуют
радиальные и аксиальные компоненты, причем последние невелики. Наличие же
достаточно больших радиальных усилий, возникающих при генерации сильных
(В = 20 + 30 Тл) полей, требует разработки прочной системы, удерживающей
диски и это, по-видимому, будет главным препятствием при практической
реализации идеи.
Эксперименты Бишо и Ямады показали, что максимальная степень концентрации
магнитного потока К = (Bj/Bj) 10 -г 15. Поэтому при использовании в
качестве стартового поля обычного электромагнита с В = 2 Тл можно
получать в достаточно большой области В = 20 -ь 30 Тл. Результаты
проведенных экспериментов можно сформулировать следующим образом:
магнитная экранировка и эффект усиления поля проявляются особенно
отчетливо при V > 9 м/с;
тормозящие диск усилия максимальны при V = 9 м/с и уменьшаются при
дальнейшем возрастании скорости;
166
разогрев дисков за счет вихревых токов невелик вследствие достаточно
большой теплоемкости дисков; кроме того, во время вращения диски
охлаждаются вне поля в воздухе.
Метод генерации СМП, предложенный и осуществленный Бишо и Яма-дой, вполне
может быть использован для получения квазистационарных СМП. В таком
случае напряженность стартового поля может быть на порядок выше, а
следовательно, существенно увеличится и максимально достижимое значение
Я, несмотря на возможное уменьшение коэффициента сжатия первичного
магнитного потока. Несомненно, переход в область сильных магнитных полей
потребует разработки более сложных конструкций дисковых генераторов СМП,
так как возникающие в их элементах механические напряжения возрастают
пропорционально Я2. Кроме того, нужно будет предусмотреть и специальную
систему принудительного охлаждения дисков, если длительность импульсов
генерируемого поля т00 будет больше 1 с.
5.2.2. Поля малой длительности. Воспроизводимые эксперименты. В недалеком
будущем ожидается (конечно, не без усилий некоторых из читателей этой
книги) создание соленоидов, способных многократно без разрушения
генерировать магнитные поля с Вт = = 100 -г 200 Тл и Too = Ю-3 ¦=¦ 10"4
с. Прототипом для таких соленоидов послужит, по-видимому, соленоид,
разработанный в Осакской лаборатории сильных магнитных полей (см. гл. 2).
В настоящее время в этой лаборатории создается установка для генерации
магнитного поля с Вт = = 150 Тл и с т00 = 300 мкс. Для генерации такого
поля в рабочем отверстии соленоида диаметром 6 мм энергоемкость
конденсаторной батареи должна быть не менее 1,5 МДж (*Утах = 30 кВ).
Вообще говоря, с помощью соленоидов, предложенных Дате, можно получать
воспроизводимым образом поля с Вт до 400 Тл (см. подробнее гл. 2).
Однако, чем большее сильное поле нужно получить, тем большая доля его
энергии будет приходиться на внешние слои соленоида и тем большую энергию
необходимо подводить к соленоиду (рис. 5.9). Из рис. 5.9 видно, например,
что для создания импульсов поля с Вт = = 200 Тл необходим источник
энергии не менее чем на 100 МДж (если внутренний диаметр соленоида 2 см).
