Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
Другим направлением развития техники СМП малой длительности становится
использование многосекционных соленоидов, каждая из секций которых
запитывается от своего емкостного накопителя (рис. 5.10) [43, 200]. В
таком варианте наружные секции создают импульсы поля большей длительности
и меньшей амплитуды, чем внутренние. Как правило, подключение последних к
своему накопителю осуществляется в момент времени, когда почти достигнут
максимум поля большей длительности (рис. 5.11). Этим методом можно без
существенного изменения конструкции основной (''медленной") части
импульсной установки увеличить Вт на 10-20 Тл, однако при этом ресурс
всего соленоида определяется прочностью внутренней секции. Таким образом,
167
?,мДж
10 3
юг
10
1
о SO 100 ISO Вп,,Тл
Рис. 5.9. Запас энергии, необходимый для получения заданного поля в
трехсекционном соленоиде конструкции Дате [21 ] :
стрелкой показан уровень, достигнутый в Осакской лаборатории сильных
магнитных полей, точки - планы лаборатории; 1 - соленоиды из бериллиевой
бронзы; 2 - соленоиды из мартенситно-стареющей стали
Ряс. 5.10. Двухсекционный соленоид с раздельным питанием секций [200]: I
- первая секция; 2 - бандаж; 3 - вторая секция; 4 - фланцы; 5 - изолятор;
6 - болты; 7 и 8 - токовводы секций. Питание внутренней секции
осуществляется от конденсаторной батареи энергоемкостью 60 кДж и
максимальным напряжением 10 кВ, а наружной - от батареи энергоемкостью 54
кДж и напряжением 3 кВ
Р и с. 5.11. Временная зависимость генерируемого поля в двухсекционном
соленоиде с раздельным питанием обмоток [200]
О 2 4 6 8 ?,нс
при Вт > 50 Тл задача создания надежно работающего соленоида с раздельным
питанием секций практически эквивалентна рассмотренным в гл. 2.
Однократные эксперименты. Утверждается [21], что к 2000 г. для проведения
физических экспериментов станут доступными поля с Вт " 2000 Тл. Возможно
также, что, используя в установке 168
"классическую" взрывную кумуляцию потока для создания стартового поля в
сочетании с ударно-волновым сжатием потока, можно будет получать поля с
Вт до 5000 Тл.
Расчеты поля, получаемого при взрывном методе сжатия потока, дают не
вполне надежные результаты, так как они включают в себя ряд параметров
состояния вещества лайнера, которые известны недостаточно точно, особенно
это касается проводимости материала сжимаемой оболочки при больших
температурах и давлениях.
Тем не менее результаты расчетов, выполненных к настоящему времени,
указывают на возможность получения полей с Вт 1500^-2000 Тл
с хорошей воспроизводимостью. Можно оценить некоторые параметры
установок, предназначенных для генерации полей с Вт = 4000-г5ООО Тл:
конечный радиус лайнера 4-5 мм при начальном радиусе 200 мм, тот = - 0,2
т 0,3 мкс.
Наиболее перспективным методом генерации полей с Вт = 100 -5-•f 500 Тл,
пригодных для проведения физических экспериментов, представляется метод
электромагнитного сжатия потока. В последние пять лет в мире появилось
много установок, работающих именно на этом принципе.
С помощью одновитковых соленоидов планируется достижение полей с Вт до
1000 Тл и скоростью нарастания около 108 Тл/с. Источниками энергии будут
служить малоиндуктивные конденсаторные батареи, работающие при
напряжениях 300-400 кВ.
С начала 80-х годов интенсивно стали изучаться процессы генерации
магнитных полей очень малой длительности (тот< 10"7 с). Для этих целей
используется метод плазменного фокуса (см. гл. 3). По мнению
специалистов, ведущих такие исследования, к 2000 г. реально достижение
полей с Вт >10 000Тл.
5.3. ФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Обсудим задачи, которые можно будет решать с использованием импульсных
СМП с параметрами, упомянутыми в § 5.1. Полезно разделить их на три
категории (с ростом номера непредсказуемость конечных результатов
увеличивается) :
1) эксперименты, представляющие собой продолжение начатых, но
незавершенных работ, так как желаемые результаты не были достигнуты из-за
малости Вт (актуальные направления); 2) эксперименты, проведенные в
достигнутых в настоящее время СМП, для которых небезынтересно расширение
области исследований по полю (эксперименты с предсказуемыми
результатами); 3) эксперименты, которые могут дать качественно новые
результаты, почти наверняка открывающие новые области научных
исследований (эксперименты с непредсказуемыми результатами).
169
5.3.1. Эксперименты в квазистационарных полях. Рассмотрим
представляющие интерес исследования в соответствии с приведенной выше их
разбивкой на три категории.
Актуальные направления. Магнитные полупроводники. Явление циклотронного
резонанса связано с поглощением энергии электромагнитного поля в
проводниках и, в частности, в полупроводниках, находящихся в магнитном
поле. Оно обусловлено переходами между уровнями Ландау. Для исследования
электронной структуры проводника методом циклотронного резонанса
необходимо выполнение условия ис т > 1 (сос = еВ/m*, где т - среднее
время свободного пробега квазичастицы; е - заряд электрона; ш* -
