Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
экспериментальной физике твердого тела". На этом этапй бесценной была
поддержка академика И.К. Кикоина. Укреплению нашего намерения написать на
основе препринта книгу в немалой степени способствовала поддержка со
стороны Государственного комитета по использованию атомной энергии,
благодаря которой авторы имели возможность участвовать в работе
международных конференций по магнетизму и обсуждать актуальные научные
проблемы с самыми авторитетными в этой области зарубежными специалистами:
И. Джекобсом, М. Льюпольдом, К.М. Фаулером, С. Фонером (США), Т. Гото, М.
Дате, Г. Кидо, Н. Миурой, М. Мотокавой, Т. Сака-кибарой (Япония), Ф.
Герлахом (Бельгия), Д.Де Клерком (Нидерланды). Большое значение в работе
над книгой имели беседы с А.С. Боровиком-Романовым, В.Ф. Демичевым, Э.А.
Завадским, В.В. Еременко, В.Е. Кейлиным, Р.З. Левитиным, Е.Г.
Рудашевским, Н.А. Черноплеко-вым. Очень полезные замечания сделали А.И.
Павловский и Б.П. Хрус-талев.
Этим своим коллегам по обе стороны океана авторы выражают самую глубокую
признательность.
декабрь 1986 г.
A.С. Лагутин
B.И. Ожогин
ГЛАВА 1
МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ В ПРИРОДЕ И ЛАБОРАТОРИИ
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ
Вначале полезно определить термин ''сильное поле". Естественной мерой
сравнения могут служить те магнитные поля, которые известны человеку уже
не одно тысячелетие - поля природных магнитов: на поверхности куска
магнетита (Fe304) магнитная индукция обычно не превышает 10"1 Тл. Для
оценки интенсивности магнитного поля удобно использовать сравнение с
магнитным полем Земли (В я* 0,5 • 10'4 Тл). В дальнейшем изложении под
''сильными магнитными полями" (СМП) будем понимать поля индукцией от 10
до 100 Тл, в которых чаще всего уже несущественны процессы технического
намагничивания материалов. Термин же ''сверхсильные магнитные поля"
(ССМП) будем использовать в том случае, когда магнитная индукция
превосходит 100 Тл. Такое разделение обусловлено тем, что многократное
получение и удержание СМП возможны без разрушения соленоида, а генерацию
ССМП, как правило, можно провести один раз.
Максимальная индукция полученных к настоящему времени постоянных
магнитных полей едва превышает 30 Тл [1,2]. Для решения ряда задач, в
частности задач физики твердого тела, требуется применение магнитных
полей с В > 30 Тл. На данный момент единственным реальным путем
достижения столь сильных полей оказывается использование импульсной
техники, т.е. создание поля в течение короткого промежутка времени (от 10
до 10-7 с). Помимо того, и в области полей с Б = = 10 -г 30 Тл часто
применяют импульсные магнитные поля. Это связано с тем, что импульсная
генерация таких полей технически значительно более проста, чем генерация
таких же сильных постоянных магнитных полей. Не менее важным стимулом для
использования преимущественно импульсных СМП служит и появление новой,
цифровой измерительной техники, обладающей необходимым амплитудным и
временным разрешением. Это дает возможность проводить измерения в
импульсных полях с весьма малой погрешностью (0,1-0,4%) - такой уровень
ранее был достижим только при исследованиях в постоянных магнитных полях
и, как правило, вполне достаточен для большинства экспериментов.
Все изложенные обстоятельства и определили цель данной книги -
представить читателю современное состояние проблем, связанных с созданием
и применением в физических экспериментах именно импульсных магнитных
полей индукцией 10 Тл и выше. В дальнейшем, если зто не будет особо
оговорено, термины СМП и ССМП мы будем употреблять, подразумевая
импульсные поля.
5
Таблица 1.1. Магнитные поля в природе и лаборатории
Область существования поля или метод его получения В, Тл
Нейтронные звезды 10*
Взрывное сжатие магнитного потока (время нарастания (0,2-2,5)-103
тот ** Ю мкс)
Разряд конденсаторной батареи на импульсный соленоид:
многократная генерация (Т0т "100 мкс) 102
многократная генерация (Т0т = 10-г 100 мс) 50-40
Гибридные магнитные системы 31
Стандартные лабораторные электромагниты 1-2
Постоянные магниты 0,1 - 0,8
Земля 5 • 10"s
Поверхность Меркурия 10 6
Межпланетное пространство 10"8
Сердце человека 5 • 10"11
Расширение сверхпроводящих оболочек ЗЮ"13
Индукция используемых в современных экспериментах магнитных полей лежит в
диапазоне от 1 (Г12 до 104 Тл (табл. 1.1). Любопытно, что принципы
получения предельных полей - как сверхсильных (импульсных), так и
сверхслабых во многом похожи (рис. 1.1). Действительно, и в методе сжатия
магнитного потока (для получения ССМП, см. гл. 3), и в методе его
расширения (для создания сверхслабых полей) используются движущиеся
проводники или сверхпроводники - для перемещения потока из одной области
пространства в другую.
Нижняя граница индукции измеряемых магнитных полей определяется
чувствительностью имеющейся сейчас аппаратуры - квантовых магнитных
интерферометров (сквидов) - и составляет около 10"14 Тл
[4]. А наиболее сильные известные человеку поля (точнее, им
