Анатолий Томилин - Рассказы об электричестве

Второе предложение касалось создания магнитного корабля-ловушки. Для этой цели кабелем обмотали целый броненосец и пустили по кабелю ток. Получился плавающий электромагнит со стальным сердечником, который должен был сбивать с толку магнитные стрелки компасов на судах противника. Однако и эта затея потерпела фиаско. Магнитная защита компасов на кораблях легко компенсировала влияние поля корабля-ловушки. Много было всевозможных попыток приспособить магнитные силы для службы человеку. И многое получилось. Оглянитесь вокруг, сколько электромагнитов работает в самых обычных домашних приборах. Тут и телефон, и магнитофон, даже простой дверной звонок… Нет, Уильям Стерджен вполне достоин того, чтобы мы сохранили в своей памяти его славное имя.

Кстати, сегодня вновь вспыхнул интерес к электромагнитным устройствам, предназначенным для ускорения макроскопических тел. Это вполне понятно. Космическим ракетам при запуске приходится тащить с собой наверх огромную массу топлива. Полезный гру: i равен всего нескольким процентам от стартового веса. А нельзя ли придумать устройство, способное зашвыривать в космос снаряды без «накладных расходов»? Речь может идти о пушке.

Читатель наверняка помнит идею Жюля Верна: послать на Луну корабль с людьми, выстрелив его из огромной пушки. Идея неприемлемая в связи с гигантскими перегрузками, которые не вынесет человек. А если без людей?.. Расчеты показывают, что в принципе такая установка может быть создана, если заменить пороховую пушку — электромагнитной… И вот в Канберре лаборатория национального Австралийского университета, работая совместно с американскими лабораториями в Лос-Аламосе и Ливерморе (Калифорнийский университет), а также совместно с фирмой «Вестингауз» построила «рельсовую пушку». Это некое подобие простейшего электромагнитного ускорителя, состоящего из двух проводящих ток рельсов, вмонтированных в трубу, напоминающую артиллерийский ствол. В систему посылаются импульсы электрического тока. Между рельсами быстро движется плазменный разряд — электрическая дуга, подталкивающая вперед «снаряд» из непроводящего материала.

Последнее достижение — выталкивание «снаряда» (им являлся пластмассовый кубик весом в 3 грамма) со скоростью до 10 километров в секунду. Этого уже достаточно, чтобы вывести груз на орбиту. К сожалению, по выходу из канала ствола «снаряд» мгновенно разрушился под воздействием ускорения, которое в 5 миллионов раз превзошло ускорение силы тяжести. Изобретателям придется применить какие-то дополнительные меры, чтобы «сгладить» режим ускорения к концу пути разгона — к выходу «снаряда» из ствола пушки.

«Массовый ускоритель», основанный на явлении выталкивания сверхпроводящего замкнутого тока в «снаряде» под влиянием магнитно-дипольного взаимодействия этого тока с замкнутыми токами мощных катушек, расположенных вдоль ствола и включающихся синхронно, был предложен еще в 1974 году в качестве средства для доставки минералов, руд, богатых алюминием, с Луны. Однако теоретические расчеты показали, что подобные же «массовые ускорители» могут быть построены и на Земле и использоваться для запуска космических аппаратов. Длина таких «пушек» должна быть несколько километров.

Новые устройства могут найти себе применение и в термоядерной физике. Впрочем, у «массовых ускорителей» есть не только сторонники, но и противники. Будущее покажет их целесообразность и рентабельность в технике.

Для нас же важно то, что еще далеко не все возможности электромагнита использованы людьми.

Если выехать из Ленинграда по шоссе на юг, то минут через сорок мелькнет справа на обочине большая бетонная плита с надписью «Гатчина» и с контурным рисунком, на котором у старинной башни с высоким шпилем начертан символ атома. В древней Гатчине находится гордость ленинградцев — Ленинградский институт ядерной физики (ЛИЯФ) имени Б. П. Константинова Академии наук СССР, один из самых молодых исследовательских центров нашей страны. Здесь ведутся фундаментальные исследования по проблемам ядерной физики, по физике элементарных частиц, физике твердого тела, по молекулярной радиобиологии и по проблемам прикладных наук.

Однажды меня и еще двух ленинградских писателей пригласили в институт на «Праздник книги». Ученые, даже те, кто занимается сложными теоретическими вопросами мироздания, любят читать: кто приключения и фантастику, кто исторические книжки о прошлом науки, о политике, о дипломатии и войнах, а кто и «про любовь». Мы втроем и представляли все три вида перечисленной литературы. Прежде чем ехать, мы поставили условие — побывать на ускорителе.

Мне хотелось еще раз осмотреть его огромный электромагнит, поскольку я писал книжку рассказов об электричестве. Товарищи мои интересовались научными буднями физиков.

Вы ведь, наверное, знаете, что ускорители заряженных частиц делятся на линейные и циклические. В линейных ускорителях заряженные частицы летят по прямой, подгоняемые нарастающим электрическим полем. А в циклических ускорителях (в бетатронах и фазотронах, синхротронах и циклотронах, синхрофазотронах и синхроциклотронах) частицы много раз проходят через ускоряющее устройство, двигаясь по круговой орбите в поперечном магнитном поле сильного электромагнита.

Ускорители заряженных частиц находят очень широкое применение как в науке, так и в современной технике. Они используются в ядерной физике и физике высоких энергий, в дефектоскопии, для получения изотопов, для ускорения химических реакций и еще для множества промышленных применений, равно как в медицине и в биологии…

Циклотрон в принципе состоит из трех основных частей: большого и мощного электромагнита, генератора переменного напряжения высокой частоты и вакуумной камеры с небольшим количеством какого-нибудь газа в ней. Раскаленная вольфрамовая нить в центре камеры испускает электроны. Под воздействием не очень большого, порядка тысячи вольт, электрического напряжения они ускоряются и разбивают атомы газа на заряженные частицы — ионы, то есть ионизируют газ. Мощное магнитное поле заворачивает заряженные частицы, и они начинают кружиться в камере. Если теперь надеть на вакуумную камеру два электрода в виде половинок консервной банки и подвести к ним переменное напряжение, то ионы под действием этого напряжения станут разгоняться. Траектории их полета из окружности превратятся в спирали, и на последнем витке частицы можно вывести из циклотрона через какое-нибудь специальное окно и направить на требуемую мишень. Принцип циклического ускорения сегодня, пожалуй, самый распространенный.