Цивилизация
Электромагниты — это устройства, в которых используется эффект создания магнитного поля в проводнике при прохождении в нем электрического тока. Обычно электромагнит состоит из проводящей обмотки и ферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении тока по обмотке. Такая катушка использовалась в недавних работах, в ходе которых было получено магнитное поле рекордной величины. Исследованиями руководил выпускник Харьковского государственного университета Сергей Жерлицын, который с марта 2011 года возглавляет отделение магнитных технологий и исследовательской инфраструктуры Дрезденской лаборатории высоких магнитных полей в Центре имени Гельмгольца.
Жерлицын и его коллеги создали катушку, вес которой составил около 200 кг. По этой катушке ученые пропускали электрической ток, что приводило к созданию магнитного поля мощностью 91,4 Тл на период до нескольких миллисекунд. При этом катушка оставалась невредимой в ходе эксперимента.<3>
Столь сильные поля, доступные для исследований в течение некоторого времени, а не имеющие взрывной характер, впервые были получены учеными в лабораторных условиях.
«Мы не стремились установить рекорд и достичь максимально возможного значения магнитного поля. Мы проводили исследования в области материаловедения», — так комментирует достижение своей лаборатории ее директор Йоахим Возница. Используя такое мощное магнитное поле, ученые могут делать ряд важных исследований, в частности, как говорится в соответствующем пресс-релизе, с помощью таких полей можно будет проверить свойства «сверхпроводников или тех веществ, которые используются в передовых инновационных электронных устройствах».<1>
Проблема, возникающая при создании высоких магнитных полей путем их генерации проходящим по медной катушке электрическим током, заключается в том, что магнитное поле оказывает влияние на электрический ток, пытаясь «выдавить» его за пределы катушки, что влечет к разрыву меди уже при полях величиной 25 Тл.
Поле в 100 Тл создает внутри меди давление, которое в 40 000 раз превышает атмосферное давление на уровне моря.
Но именно такие сильные поля и необходимы исследователям для того, чтобы изучать поведение электрических зарядов в новых материалах, которым будет найдено широкое применение в ближайшем будущем.
Чтобы решить проблему разрыва катушки при генерации магнитного поля, ученые используют не чистую медь, в особые сплавы, которые способны выдержать высокое давление. Для укрепления катушки снаружи контур помещается в специальный футляр, созданный из сверхпрочного материала, подобного тому, из которого делаются пуленепробиваемые жилеты.
Впрочем, если магнитное поле в 91,4 Тл является рекордным по величине, то по своему времени жизни это далеко не рекордный показатель, ведь в американской лаборатории Лос-Аламос магнитное поле величиной 89 Тл удерживалось в течение нескольких лет.
Но эта проблема вскоре будет решена и в Дрезденской лаборатории: специальная двойная катушка, которая способна выдержать сильное магнитное поле в течение долгого срока, уже почти готова и в ближайшее время будет введена в эксплуатацию.
Работа с сильными магнитными полями уже вызвала большой интерес к Дрезденской лаборатории со стороны ученых всего мира. В связи с большим количеством желающих поставить здесь свои эксперименты число экспериментальных установок (сейчас их пять) до 2015 года будет увеличено более чем в два раза.