Manyetik Dünyada Seyahat

Bunlarada Bakarsınız

VP Kartsev

YAYIN EVİ "PROVSHCHENIE"

 

VP Kartsev

Seyahat

MAGNET DÜNYASINDA

 E. V. Stanikova'nın çizimleri

MOSKOVA

EĞİTİM

2 0 0 8

 

"Your Outlook" serisi 2007'de kuruldu

Kartsev  Başkan Yardımcısı

  Mıknatısların dünyasına yolculuk: [sanat için. okullar, yaş] / V. P. Kartsev; hasta. E.V. Stanikova. - M .: Eğitim, 2008. - 160 s. : hasta. - (Görüşünüz). - ISBN 978-5-09-019121-0.

Mıknatısa alışkınız ve ona okul fizik derslerinin modası geçmiş bir özelliği olarak biraz küçümseyici davranıyoruz, bazen çevremizde kaç tane mıknatıs olduğundan şüphelenmiyoruz bile. Dairemizde düzinelerce mıknatıs var: elektrikli tıraş makinesinde, hoparlörlerde, teypte, nihayet çivi kavanozlarında. Biz kendimiz de mıknatıslarız: İçimizde akan biyoakımlar, manyetik kuvvet çizgilerinin tuhaf bir titreşimli modeli etrafında yükselir. Üzerinde yaşadığımız dünya dev bir mavi mıknatıs. Ancak hiç kimse mıknatıs hakkında her şeyi bildiğini söyleyemez. Bu sorun çok büyük. Yazar, okuyucuları buluntular ve kayıplar, keşfetmenin sevinci ve hayal kırıklığının acısı, yıllarca sonuçsuz düşünme ve göz kamaştırıcı içgörü anları aracılığıyla mıknatıslar dünyasına ve onların tarihine büyüleyici bir yolculuğa davet ediyor.

 

POPÜLER BİLİMSEL BASKI
Serisi "Görünüşünüz"

Kartsev Vladimir Petrovich

 

İçerik

6. yazardan

Herkül taşı 8

El yapımı mıknatıslar 18

Gilbert Bağlantıyı Keser 24

Franklin, Lomonosov, Arago çalışması... 31

Oersted 40 birleştirir

Demir bir "yardımcı" alır 47

Kapitsa: “Kısalık, başarının kız kardeşidir” 54

Bitter: “sırrı soğutmada” 66

Onnes ve diğerleri: "önce yavaş yavaş" 72

Tüketiciler uyanıyor... 95

Mikropartikül ayırıcılar 105

EPR 111

Nükleer Çağın Piramitleri 114

Manyetik kılıflı plazma 138

XXI yüzyılın enerjisi 149

Sonsöz 160

YAZARDAN

Dünya manyetiktir. Devasa uzak nebulalardan temel parçacıklara manyetik. İnsana, çeşitli kökenlerden gelen sayısız manyetik alan nüfuz eder.

Mıknatısa alışkınız ve ona okul fizik derslerinin modası geçmiş bir özelliği olarak biraz küçümseyici davranıyoruz, bazen çevremizde kaç tane mıknatıs olduğundan şüphelenmiyoruz bile. Dairemizde düzinelerce mıknatıs var: bir bilgisayarda, telefonda, televizyonda, nihayet çivi kavanozlarında. Biz kendimiz de mıknatıslarız: İçimizde akan biyoakımlar, manyetik kuvvet çizgilerinin tuhaf bir titreşimli modeli etrafında yükselir. Üzerinde yaşadığımız dünya dev bir mavi mıknatıs. Güneş sarı bir plazma topudur, daha da büyük bir mıknatıstır. Radyo teleskopları tarafından zar zor ayırt edilebilen galaksiler ve bulutsular, boyutları anlaşılmaz mıknatıslardır.

Mıknatısın belirli nesneleri çekme özelliği, büyüleyici gizemini bugün bile kaybetmemiştir. "Mıknatıs hakkında HER ŞEYİ biliyorum" diyebilecek bir kişi henüz doğmadı ve muhtemelen hiç doğmayacak. Bir mıknatıs neden çeker? Bu soru, doğanın harika gizemi karşısında her zaman açıklanamaz bir heyecan uyandıracak ve yeni bilgi ve yeni keşifler için susuzluğa yol açacaktır. Bu kitapta okuyucu da bu soruya tam bir cevap bulamayacak. Ve ana sebep, mıknatıs sorununun enginliğidir.

Yine de insan mıknatıs hakkında çok şey biliyor. Her halükarda, kendisine hizmet etmesini sağlamak oldukça yeterli.

Bilimsel araştırmalar, örneğin, termonükleer güç üreteçleri oluşturma alanında, yüklü parçacık hızlandırıcılarda maddenin doğasına ilişkin araştırmalarda, yeni malzemelerin yaratılmasında ve elektrik enerjisi endüstrisinde, benzeri görülmemiş boyut ve güçte görkemli mıknatısların gerekli olduğu alanlardır. Güçlü, süper güçlü, ultra güçlü ve hatta daha güçlü manyetik alanlar yaratma sorunu, modern fizik ve teknolojinin ana sorunlarından biri haline geldi.

Bilim adamları, manyetizmanın gizemli tezahürlerinin özünü daha yeni anlamaya başlamış olsalar da, bugün şimdiden yeni malzemeler, yeni mıknatıslar, yeni harika cihazlar yaratmayı başardılar. Görünüşe göre yakın zamana kadar anlaşılmaz ve inatçı olan mıknatıs, sırlarına nüfuz etmiş bir kişinin emirlerine şimdiden sorgusuz sualsiz itaat etmeye başlıyor. Bu vesileyle şairin şu sözlerini hatırlamakta fayda var: "Sabah doğudan yükselmesini emrederseniz, kimse emri Güneş'ten daha kesin bir şekilde yerine getiremez" (Velimir Khlebnikov).

Yüzyıllar tam bir çözüm getirmedi, ancak zaten çok şey biliniyor ve anlaşılan her şey, doğanın insana bahşettiği şeyi ölçülemez bir şekilde aşmamızı sağlıyor. Bir mıknatısın diğer cisimleri çekmesine yol açan süreçlerin özünü tam olarak anlamayan insanlar, yine de doğanın eşsiz yaratımlarıyla rekabet edebilecek bu tür mıknatısları kendileri yaratmayı öğrendiler.

Yazar, mıknatısların dünyasına ve tarihine olan yolculuğun okuyucu için ilginç olmasını istedi, çünkü bu dünyada kayıplar ve buluntular, keşiflerin neşesi ve hayal kırıklıklarının acısı, yıllarca sonuçsuz düşünceler ve göz kamaştırıcı içgörü anları var.

Yazar, okuyucunun fizikçilerin ve mühendislerin sahip olduğu endişeyi hissetmesini istedi: pek çok şey mıknatıslara bağlı ve gittikçe daha güçlü olmaları gerekiyor.

Yazar, kitabı kapatan okuyucunun, aşina hale gelen mıknatıslara farklı gözlerle bakmasını, doğalarının merak uyandıran gizemine inanmasını, çalışmalarının boyutlarını öğrenmesini ve geleceğinin ihtişamını hissetmesini ister.

Herkül taşı

Bu bölüm mıknatısın eski isimlerini veriyor, uçan Arsinoe heykelinden bahsediyor ve bir İtalyan kuyumcunun iddialarını sorguluyor.

Semerkant çarşılarından birinin gölgeli bir köşesinde, tarçın ve pilav kokan, o zamanlar henüz bir çocuk olan yazar, sık sık bembeyaz bir türban ve renkli bir fularla kuşaklı güzel bir sabahlık giymiş yaşlı bir yaşlı adam gördü. Herkes onu tanıyordu - Shah-i-Zinda külliyesindeki caminin saygıdeğer bekçisiydi. Çarşıda kayıtsızca oturdu, önüne bir tepsiye pirinç hamurundan yapılmış ve lake boyalarla boyanmış fantastik hayvan figürinleri yaydı. Bazen aynı tepsiye, Büyük İskender zamanının kabartma sikkelerinden Kuşan hükümdarlarının yassı bakır sikkelerinden kraliyet gümüş rublelerine kadar eski madeni paraları ve diğer müze antikalarını koydu. Bir keresinde bana karmaşık desenlerle kesilmiş küçük, dikdörtgen bir çubuk gösterdi. "Bu kutsal bir narsa" dedi, "Ming yillar bin yasinda. Eğer satın alırsan, her zaman sağlıklı ve güçlü olacaksın.” Barı elimde çevirdim. Dokunulduğunda ağır ve soğuktu. Desenler yer yer solmuştur. Belki de bu çubuk aslında zaten bin yaşındadır. Çakımın ucunu ona getirdim. Hafif bir vuruş - bıçak kıça yapıştı. Ben de öyle düşündüm: desenler yıpranmış harfler. Harfler büyüyü oluşturur, çubuğun kendisi mıknatıstır. Büyü, Orta Çağ'ın bir aşk taşı olan bu "aşk taşının" etkisini artırmak için tasarlanmıştır. Bıçağın ağzı bardan oldukça kolay çıktı. Sıradan bir zayıf mıknatıstı. Şimdi tahmin edebileceğim gibi yüzeyindeki alan 5-10 mT'den fazla değil çubuğun kendisi bir mıknatıstır. Büyü, Orta Çağ'ın bir aşk taşı olan bu "aşk taşının" etkisini artırmak için tasarlanmıştır. Bıçağın ağzı bardan oldukça kolay çıktı. Sıradan bir zayıf mıknatıstı. Şimdi tahmin edebileceğim gibi yüzeyindeki alan 5-10 mT'den fazla değil çubuğun kendisi bir mıknatıstır. Büyü, Orta Çağ'ın bir aşk taşı olan bu "aşk taşının" etkisini artırmak için tasarlanmıştır. Bıçağın ağzı bardan oldukça kolay çıktı. Sıradan bir zayıf mıknatıstı. Şimdi tahmin edebileceğim gibi yüzeyindeki alan 5-10 mT'den fazla değil^[1] .

Zaten 1 m mesafede, pusula iğnesi varlığını fark etmeyi bırakır. Şimdi çok daha güçlü mıknatıslar var, ancak bunların yaratılması yüzyıllar süren bir uygarlık gerektirdi.

Yaşlı adamın gösterdiği şey, bazı demir cevheri yataklarında bulunan bir malzeme olan, şekillendirilmiş ve süslenmiş bir manyetit parçasıydı. Bu tür mıknatıslar yüzlerce yıldır bilinmektedir. Ya da belki binlerce. Ve mıknatısın tarihinin izini kitaplar aracılığıyla sürmeye karar verdim.

Yani, mıknatısla ilgili literatür. Beklenmedik bir şekilde büyük olduğu ortaya çıktı.

Basitçe söylemek gerekirse, doğal mıknatıslar, manyetik demir cevheri - manyetit parçaları (kimyasal bileşim% 31 FeO ve% 69 Fe203 ) , her yerde mıknatıs olarak adlandırılmıyordu. Farklı ülkelerde farklı çağrılıyorlardı: Çinliler ona chu-shi diyorlardı; Yunanlılar - adamas ve kalamita, Herkül taşı; Fransızca - aiman; Hindular - küçük parmak; Mısırlılar - Ora kemiği, İspanyollar - bilgiç; Almanlar - Magness ve Siegelstein; İngiliz - yük taşı.

Bu isimlerin büyük bir kısmı sevgi dolu, sevgili olarak çevrilmiştir. Böylece kadimlerin şiirsel dili, manyetitin demiri “sevgi” çekme özelliğini tarif ediyordu.

... İnsanların mıknatıslarla tanıştığına dair en eski "belgesel" kanıt bize Orta Amerika'dan geldi. Guatemala'daki Democrasia kasabasının meydanında, Olmec bölgesinde yapılan kazılar sırasında bulunan bir düzine antik figür var. Yuvarlaklıkları ve kütleleri nedeniyle çağrıldıkları şekliyle "uçan çocuklar" tokluk, esenlik ve doğurganlığın sembolleridir. Bu heykeller, üç bin yıldan daha uzun bir süre önce manyetik kaya bloklarından oyulmuştu. Manyetik kuvvet çizgilerinin olduğu gibi "toletyak" ın karnından çıkması ilginçtir! Bu arada, "şişman çocuklara" ek olarak, antik Olmec'ler, belki de kaplumbağaların açık denizde bir rota bulma yeteneklerini bir mıknatısın Dünya'nın manyetik alanında gezinme özellikleriyle ilişkilendirerek, manyetize başlı deniz kaplumbağası figürlerini oyabilirlerdi.

Bununla birlikte, eski çağlarda hem Asya'da hem de Çin'de mıknatıslar hakkında bilgi sahibi olduklarına dair çok belirsiz ipuçları var. Yıllar önce, Çinli folklorcu Su Matzen eski kroniklerden oluşan bir kütüphane derledi. İşte mıknatıslarla ilgili bu yıllıklardan bilgiler.

... Karavanlar uçsuz bucaksız Gobi kumları boyunca ilerliyor. Sağda, solda - donuk sarı kum tepeleri. Güneş sarı bir toz perdesi ile gizlenmiştir. Yangtze kıyısındaki imparatorluk pagodalarından Kuşan krallıklarının minarelerine giden yol çok uzak. Kervanda beyaz bir deve olmasaydı kervancılar için zor olurdu. Paha biçilmez yüküyle beyaz deve. Altın, inci ve fildişi olmamasına rağmen paha biçilemez. Oyma ahşap bir kafesle korunan, beyaz bir devenin hörgüçleri arasında, topraktan yapılmış bir kap çölde ilerliyordu ve içinde küçük, dikdörtgen bir mıknatıslanmış demir parçası ahşap bir "tekne" üzerinde suda yüzüyordu. Geminin kenarları dört renkte boyandı. Kırmızı güneyi, siyah kuzeyi, yeşil doğuyu ve beyaz batıyı gösteriyordu. İçinde bir parça demir olan toprak bir kap, kervanlara uçsuz bucaksız kumların arasından yolu gösteren ilkel, antik bir pusulaydı.

... İmparator Cheu Kun, uzak Yue-Chang'ın (Vietnam) büyükelçilerine - getirdikleri dostluğun sembolleri - beyaz sülünler için teşekkür etmeye karar verdi ve onlara figürleri her zaman güneyi gösteren beş araba hediye etti. Elçiler evlerine gittiler, deniz kıyısına ulaştılar, bilinmeyen birçok şehirden geçtiler ve bir yıl sonra anavatanlarına vardılar...

Belki de MÖ 1100'e kadar uzanan bu efsanelerde pusulanın ilk sözü yer almaktadır, yani. kullanışlı bir mıknatıs. Ancak, tekrarlanan çeviri ve metinlerin kaçınılmaz olarak yeniden inşası sürecinde teknik anlamlarının çarpıtılmış olması mümkündür. Tanınmış fizik tarihçisi Ya. B. Dorfman, örneğin, vagonlardaki "güney göstergelerinin" aslında tekerlekleri güney yönü de dahil olmak üzere önceden belirlenmiş herhangi bir yönde tutmak için ilkel cihazlar olduğuna inanıyordu. Bu durumda "güney göstergelerinin" ne manyetizma ne de mıknatıslarla hiçbir ilgisi olmadığı açıktır.

Çin kroniklerinde, silahlı bir kötü niyetli kişinin geçemeyeceği manyetik kapıların açıklamaları, ayrıca manyetik köprüler ve sihirli saçmalık taşının, sadece manyetik demir cevherinin diğer kullanımları vardır.

Başka bir efsane, İmparator Huang-Ti'nin üç bin yıldan daha uzun bir süre önce kazandığı askeri zaferini anlatıyor. Bu zaferi, üzerine kollarını öne uzatmış bir adam figürlerinin monte edildiği vagonlar yapan ustalarına borçluydu. Heykelcikler dönebiliyordu ama uzatılan kol her zaman güneyi gösteriyordu.

Bu tür vagonların yardımıyla Huang-Ti, yoğun bir siste düşmana arkadan saldırıp onu yenmeyi başardı.

En eski Çin ansiklopedilerinde verilen bilgilere göre 300 ile 400 yılları arasında olduğu tahmin edilebilir. M.Ö. manyetik iğne gemilerde kullanılıyordu.

Efsanelerden kesin olarak kanıtlanmış gerçeklere geçersek, pusula çok daha "genç" hale gelecektir. Bu nedenle müze, Khokhloma kaşığımızı anımsatan "sadece" bin yıllık bir Çin pusulasını tutuyor.

Mıknatıslara yapılan diğer eski referansların yanı sıra, Muhammed'in şapelinin hikayesini, altında peygamberin küllerinin bulunduğu demir bir sandığın asılı olduğu manyetik bir tonozla ayırmak gerekir. Ancak Avrupalı ​​​​gezginler, gerçek mümin gibi davranan ve mollaların uyanıklığını aldatan Kabe tapınağına girenler bile bu merakı asla göremediler.

Çok daha spesifik olarak, Avrupa kaynaklarına başvurulabilir. Pisagor, Hipokrat, Platon, Epikuros, Aristoteles ve Lucretius, ardından Pliny, Plutarch, Galen ve Ptolemy, çağımızdan önce şu veya bu şekilde mıknatıs hakkında yazdılar.

Binlerce yıl önce Kabirler (Antik Yunan'ın sözde gezgin büyücüleri) topraklarını dolaşıp zeytinlerin gölgesinde muhteşem performanslar sergilediler. Bunlardan biri her zaman çevre köylerin sakinlerinin dikkatini çekmiştir. Kabirlerin yaptıkları, gizli güçleri için saygı uyandırdı.

Birbirine bağlı olmayan, düşmeden birbirinin altında birkaç ağır demir halka asılıydı. Görünüşe göre güçlü ve görünmez olan kudretli Zeus, bu yüzükleri avuçlarının ağırlığıyla destekliyor.

Kabirlerin sırrı, bu yüzüklerin Manissa'da bir taş ocağından çıkarılan "Herkül taşından" yapılmış olmasıydı.

Platon'a göre "mıknatıs" adı, dramalarında onu "Magnesia'dan bir taş" olarak adlandıran Euripides tarafından manyetite verildi. Pliny'nin çok daha güzel ve iyi bilinen, ancak daha az makul benzetmesine göre (onun tarafından Nicander'den ödünç alınmıştır), adı, sandalet tırnakları ve demir çubuğu bilinmeyen taşlara yapıştırılan muhteşem Bootes Magnis'in onuruna verilmiştir.

Görünüşe göre "mıknatıs" kelimesi, sakinlerine mıknatıs adı verilen Yunanistan'ın (Türkiye'nin batısındaki) Magnesia eyaletinin adından geliyor. Titus Lucretius Car, "Nesnelerin Doğası Üzerine" şiirinde böyle belirtmişti. Geçen yüzyılın 80'lerinde Magnesia'yı ziyaret eden Rus gezgin V. A. Teplov, dağın sık sık yıldırım düşmeleriyle tanındığını savundu (bu aynı zamanda Urallar'daki Magnitnaya Dağı'nın neredeyse tamamen manyetitten oluşmasıyla ünlüydü). Binbir Gece Masalları'nda yer alan mıknatısın mucizevi gücüyle ilgili masalların en yaygın olanı, Etiyopya'da Zimir Dağı olduğunu iddia eden Plinius'un gemilerden tüm çivi ve demir parçalarını çıkarmasıdır.

Hem Asya hem de Avrupa, yönlendirme için bir iplik üzerinde asılı duran veya suyun sakin bir yüzeyinde yüzen bir tahta üzerine yerleştirilmiş manyetik bir taş kullanarak, Dünya'nın manyetizmasını uzun süredir kullanmış görünüyor. Eski Fransız romanı "Gülün Üstünde" de mıknatıs, gemilerde kullanıldığı sonucuna varabileceğimiz "marinette" adı altında anlatılmıştır.

Bu koşullar, İtalyanların, 1302'de manyetik pusulayı icat ettiği iddia edilen Amalfi şehrinin bir sakini olan Flavio Gioia'ya ve 2006'da keşfin yedi yüzüncü yıldönümünü kutlamak için Napoli'de bir anıt inşa etmelerine engel olamadı. En azından St.Petersburg manastırından bir keşişin pusulasına yapılan atıflar. Alban Alexander Neckem 1187'de ve şair Guyot of Provence'ın 1206'da yazdığı şiirler.

Ancak "pusulanın mucidi" Flavio Gioia'nın güzel efsanesi İtalyanlar arasında hala yaşıyor.

...Bir zamanlar, deniz kıyısındaki Amalfi kasabasında kuyumcu ve kabukçu Flavio Gioia yaşardı. Fakir ve neşeliydi ve ayrıca zengin bir balıkçı olan Domenico'nun kızı Angela'yı seviyordu.

Balıkçı Domenico, kızının "kara" Joya ile evlenmesini istemedi ve Flavio'ya zor bir koşul koydu - siste ve geceleri düz bir çizgide yüzmeyi öğrenmek. Bu durumun mümkün olmadığı açıktır: gözleriniz kapalıyken beş dakika kürek çekmeyi deneyin - kesinlikle başladığınız yere geri döneceksiniz.

Ama Flavio kalbini kaybedenlerden biri değildi. Çalışmasında, küçük demir parçalarını kakmak için manyetik bir taş kullandı. Flavio bir keresinde bu taşı suda yüzen bir tahta parçasına koyarsanız her zaman tek yöne döndüğünü fark etti. Yani efsaneye göre Flavio pusulayı icat etti. Bir ay sonra güzel Angela ile evlendi ve balıkçılar bir pusula aldı.

(Ne yazık ki, bu şiirsel hikaye, tarihsel analiz açısından yaklaşıldığında tamamen "parçalanıyor". Bir Sovyet pusula uzmanı olan Anatoly Kovalenko, 1450'de Amalfi sakinlerinin pusulayı bildiğini söyleyen Papa'nın sekreteri Flavio Biendo'nun kafa karışıklığı ve "kırık telefon" sayesinde kuyumcu Flavio Gioia - "pusulanın mucidi") adının dönüştüğünü ikna edici bir şekilde gösterdi.

Manyetik kuvvet sadece denizcileri çekmedi. Eski inşaatçılar da onunla ciddi şekilde ilgileniyorlardı. Pliny, İskenderiyeli mimar Chinocrates'in (veya Timochares), Arsinoe tapınağının tonozunu manyetik taştan yapmaya başladığını, böylece Arsinoe'nin demir figürünün havada asılı kaldığını yazdı; Görünüşe göre bu plan, Chinocrates ve Arsinoe'nin, şimdi söylendiği gibi, bu girişime "sponsorluk yapan" erkek kardeşi Ptolemy'nin ölümü nedeniyle gerçekleştirilmedi.

Pek çok din tarihçisi, İskenderiye'deki Serapis tapınağında, güneş tanrısı heykelinin, tapanları şaşırtacak şekilde, büyük bir mıknatısın gücüyle tavana kadar uçup gidebileceğini oybirliğiyle ve bağımsız olarak iddia ediyor. Ve binlerce yıl sonra, "Arsinoe Tapınağı" fikri taraftarlarını yeniden kazandı: çağdaşlarımızın mimarları, Chinocrates kasasını anımsatan manyetik kasalar kullanan binalar için tasarımlar önerdiler.

Bu kısa incelemeden bile, mıknatısın eskiler tarafından iyi bilindiği açıktır. Üstelik manyetik özellikler o zamanlar zaten kullanılıyordu.

Ve yine de... neden? Mıknatıs neden mıknatıstır? Mıknatıstan ilk kim söz etti ve özelliklerini kim açıkladı?

Diğer pek çok durumda olduğu gibi, mıknatıs hakkındaki "bilimsel" bilginin kökenleri, M.Ö. "Mıknatıs canlıdır, çünkü demiri hareket ettirir." Elbette, canlıların canlı olması anlamında mıknatısın canlı olduğuna inanması pek olası değildir.

Aristoteles, Thales'in ruhla ilgili incelemesindeki düşüncelerini yorumlayarak şöyle yazdı: O (Thales), ruhu tüm hareketlerin nedeni olarak görüyordu ve bu nedenle, ancak onun sayesinde bir mıknatıs hareketi demire iletebilir.

Yani ruh. Orpheus ayrıca "demir bir mıknatısa uzanır, tıpkı bir gelinin damat için olduğu gibi" şarkısını söyledi. Ya da belki kötü bir ruh bir mıknatısta yaşıyor? Belki mıknatıslar kötü iblisler tarafından insanların ölümü ve hırsızların yararına yaratılmıştır? Ne de olsa, kabızlığı geri itme ve kilitleri açma özelliğine sahip olan şey, muhtemelen hırsızlık uğruna yaratılmıştır. Platon (M.Ö. 5. yüzyıl), mıknatısın özelliklerinin tanrısal bir kökene sahip olduğunu iddia etmiş ve böylece pek çok düşünce ve şüpheden kaçınmıştır.

Örneğin şöyle yazdı: "... Bir ilham perisinin ilhamının bir şair aracılığıyla hikaye anlatıcısına ve dinleyicisine iletilmesi gibi, bir mıknatısın ilahi gücü demirden demire aktarılır." Epikurosçu Lucretius'un açıklaması, modern bir bakış açısından safça olsa da, açıkça daha inandırıcıydı. Olağanüstü değeri nedeniyle Lucretius'tan bu biraz uzun alıntıyı aşağıda yeniden sunuyoruz. Ne de olsa, bu hekzametreler şimdiden iki bin yıldan daha eski!

"Hangi doğa yasasına göre söylemek bana kalıyor

Demir bir taşı çekebilir, ancak bu taş, mıknatısların içinde bulunduğu için, mevduat adıyla, Yunanlılar tarafından mıknatıs olarak adlandırıldı. İnsanlar böyle bir taşa çok şaşırırlar. Sık sık kendilerini bir arada tutan halkalardan oluşan zinciri temsil eder.

Bu tür beş bağlantı görebilirsiniz  , bazen daha da fazla. Yan yana dağıtılmış, hafif bir rüzgardan sallanan bu tür bağlantılar aşağı sarkar ve birbirinin altına yapışır. Birbirinden bağlantılar tüm gücü ve azmi kabul eder. Bu taşın akışkan kuvveti burada böyle işliyor...

Her şeyden önce, tohumlar mıknatıstan çok sayıda yayılmalıdır, yoksa akım dışarı akmalı, taş ve demir arasında her yerde bulunan Havayı şoklarla kırmalıdır.Aralarındaki boşluk boşalır boşalmaz ve orada çok fazla alan açılır açılmaz, demir hemen, İlk Başlangıcın ortak bir yığınında baş aşağı koşacak;

Bunu takiben yüzük tüm vücudu ile koşar. Mıknatıstan gelen akımın tamamen farklı şeyler üzerinde hareket edememesine hiç şaşırmanıza gerek yok: Ağırlıklarının bir kısmı onları altın gibi ayakta tutuyor, Vücutlarının bir kısmı gözeneklidir ve bu nedenle akım, hiçbir yere itmeden içlerinden serbestçe akabilir;

Bu tür şeyler için bir ağaç sayabiliriz.

İkisi arasındaki orta yer demir tarafından işgal edilmiştir ...

Dokularının karşılıklı olarak bir başkasıyla örtüştüğü şeyler.

Yani bir dışbükeyliğin olduğu yerde, diğerinin orada bir çöküntüsü olur - aralarındaki bu bağlantı en yakın olduğu ortaya çıkacaktır.

Ayrıca cırt cırtlarla sıkıca tutturulmuş gibi görünen ve bu birbirine tutturulmuş olanlar da vardır. Bu büyük olasılıkla mıknatıslı demirde meydana gelir ... "

Kancalar ve halkalar hakkında, çok doğrudan söylenebilir. Bununla birlikte, eskilerin ana şeyi mükemmel bir şekilde anladıkları herkes için açıktır. Mıknatısa ek olarak, onu çevreleyen bir şey var. Ruhtan, atmosferden, dışa akışlardan veya dışarıya atılan tohumlardan söz edilebilir. Buna şimdi manyetik alan denir. Demiri mıknatısa çeken budur.

Lucretius'un verdiği muhteşem resim, Epikür'ün tezini şiirsel bir şekilde aktarıyor: “Taş ve demirden akan atom figürleri ve bölünmez cisimler birbirine o kadar iyi uyuyor ki, birbirleriyle kolayca iç içe geçiyorlar; böylece, taşın ve demirin sert kısımlarına çarpar ve sonra ortaya sıçrayarak, aynı anda birbirlerine bağlanır ve demiri çekerler.

İdealist filozof büyük Platon, manyetik eylemlerin mekanizmasını şu şekilde yorumladı: “... boşluk olmadığı gerçeği göz önüne alındığında, bu cisimler birbirlerini her yönden iterler ve ayrılıp birleştiklerinde hepsi yer değiştirerek her zamanki yerlerine giderler. Doğru dürüst araştırma yapanların bu girift ilişkiler karşısında hayrete düşmeleri muhtemeldir.”

Söylemeye gerek yok, "karmaşık ilişkiler" hakkında konuşurken Platon çok ileri görüşlüydü. Sonraki keşifler, bilim adamlarını manyetizmanın doğasının kancalardan çok daha karmaşık olduğuna ikna etti. Eskilerin mekanik fikirleri, manyetik olayların tanımıyla başa çıkmak için yeterli değildi. Şimdi bile, manyetizmanın doğası hakkında çok şey bildiğimizde ve bu bilgi sayesinde, bir dizi son derece önemli manyetik malzeme yaratmayı başardığımızda, büyük Gilbert'in sözleri maalesef hala geçerliliğini koruyor: "Bilim adamları, ne eski peripatetiklerin, ne kaba filozofların kendilerinin, ne de tüm bunlarla alay eden John Kostya'nın bu kadar asil ve harika doğayı anlayamadığı gerçeğine üzülün ve ağlayın."

Bir mıknatısın demir nesneleri çekme konusundaki benzersiz yeteneği, eskilerin hayal gücünde cinsel aşkla ilişkilendirildi ve bu nedenle bu taşların çekme eyleminin ilk açıklamaları, bir mıknatısa dişil bir ilke ve demire bir erkeksi ilke atfetmekle ilişkilendirildi. Bazen tam tersi olarak kabul edildi. Bu, elbette, hiçbir şeyi değiştirmedi. Mesele şu ki, bir mıknatısın çekimi de dahil olmak üzere herhangi bir "çekim" mekanik olarak birbirine eşitti. Toz zerrelerinin yüne giyilen kehribara, metal halkaların bir mıknatısa, bir kişinin diğerine olan arzusu aynı düzenin fenomenleri olarak kabul edildi. Bu nedenle, kapsamlı "mıknatıs" koleksiyonu, modern bakış açısından çok garip olan birçok sergiyi içeriyordu. Bu nedenle, bir zamanlar bazıları et parçalarının dudağa nasıl yapıştığını gördüğü için "kreajik" veya "et" mıknatısı hakkında yazdılar.

Gilbert bir keresinde şöyle yazmıştı: "Kükürt alevi çekicidir, çünkü bazı metalleri nüfuz etme kabiliyeti nedeniyle çalar. Böylece beyaz yağ alevleri çeker, çünkü yanıcı bir gaz yayar ve buharlaştırır, bu nedenle belli bir mesafede tutuşur; Aynı şekilde, yeni sönmüş bir mumun dumanı, başka bir alevden gelen alevi algılar: Sonuçta, ateş, yanıcı bir ortamdan ateşe doğru sürünür ... "

"Mıknatıs" ailesi şunları da içerir: sıkışmış balık; geminin dibine yapışmış deniz yumuşakçaları; ağaçların çekildiği iddia edilen ve ancak dallar ve dallar kesilerek koparılabilecek kadar güçlü olan sagdon taşı; eti kendine çeken bir katohit taşı (daha sonra ortaya çıktığı gibi, bu taş "yapışkanlığı ve doğal yapıştırıcısı nedeniyle" sıcak ellere yapışır).

"Anti-mıknatıslar" ailesi de atalarımızın hayal gücü ve gözlemiyle oluşmuştur, yani. birbirini iten varlıklar ve maddeler ailesi. Birbirlerinden nefret eden insanlar da bu aileye dahil oldu; ve bir mıknatıs tarafından itilen bir mumun alevi; ve suyu iten bir topuz.

“... Seçkin bir kişi ve alıntılar yapanların en iyisi olan Pliny (sonuçta, gelecek nesillere her zaman ve esas olarak gördüklerini ve keşfettiklerini değil, başka birininkini aktardı), diğerlerinden bir peri masalı kopyaladı. Bir mıknatıstan oluşan birinin doğası, tüm demiri tutacak şekildedir; Feamed'den oluşan diğeri ise demiri iter. Yani ayakkabının içinde demir çivi varsa bu dağların birinin tabanını koparmanın, diğerinin üzerine basmanın bir yolu yoktur. Tüm bu "çekim ve itme" fenomenlerini uygun kategorilere ayırma ve bunlardan yalnızca mıknatısa doğrudan dokunanları ayırma görevinin düştüğü adam olan Hilbert, demir tarafından itilen bir madde olan feamed hakkındaki her türlü tartışmayı reddetti. Belki, Hilbert'in hatasıydı. Büyük Albert, zamanında demiri bir tarafıyla çeken ve diğer tarafıyla iten bir mıknatıs bulunduğunu yazdı.

Günümüzde bir mıknatıs tarafından itilen malzemelerin olduğu iyi bilinmektedir. Bakır bunlardan biridir. Doğru, bu itme çok zayıf, ama kim bilir kadim insanlar bunu bir şekilde fark edip kendi feamed - antimagnet doktrinlerini yaratamadılar.

Şimdi bu tür maddelere diamagnets denir.

Bir mıknatıs tarafından çekilen maddelere paramanyetler ve ferromanyetler denir. Çekim özelliği en çok ferromanyetlerde ve her şeyden önce demir, nikel ve kobaltta bulunur.

Manyetik özelliklerin nedeni, yüklü elektronların bir atom çekirdeği etrafında dönmesi ve elektronun kendi ekseni etrafında dönmesi (spin) olarak kabul edilir. Yükün her hareketi bir elektrik akımıdır ve her akım bir manyetik alan yaratır.

Atomların manyetik özellikleri ve tüm özellikleri, D. I. Mendeleev'in Periyodik element sistemine yansır. Periyodik tablodaki bir elementin sayısındaki bir değişiklik, atomun elektron kabuklarının yapısındaki bir değişikliğe karşılık gelir. Ferromanyetik atomların kabuklarının yapıları, kabaca konuşursak, tüm elektronların bir yönde dönerek güçlü bir toplama manyetik momenti oluşturacak şekildedir. Ferromanyetik olmayan atomlarda, elektronların manyetik momentleri farklı yönlere yönlendirilir ve bu da onların karşılıklı dengelenmesine yol açar.

Manyetize olmayan bir ferromıknatısta, cismin bir bütün olarak manyetik momenti sıfırdır. Bu, ferromanyetlerde tüm atomların gruplara - sözde alanlar - bölünmesi gerçeğiyle açıklanır. Çıplak gözle görülebilen alanların her biri, aynı yönde yönlendirilmiş milyarlarca atom içerir ve bu nedenle önemli bir net manyetik momente sahiptir. Bununla birlikte, vücuttaki alanlar rastgele düzenlendiğinden, bir bütün olarak vücut bir manyetik momente sahip değildir.

Vücudu bir manyetik alana yerleştirerek, tüm alanların yavaş yavaş dış manyetik alan yönünde yönlendirilmesine ve manyetik özelliklerinin özetlenmesine katkıda bulunuyoruz. Dış manyetik alanı kaldırarak yeni bir mıknatıs elde ederiz - tüm alanların bir yönde mıknatıslandığı ferromanyetik bir gövde. “İnsan yapımı mıknatısın” manyetik özelliklerini uzun süre korumak istiyorsak, alanların eski kaotik düzenine dönmemesi için çaba gösterilmelidir. Bunun için mıknatısın çalkalanıp ısıtılmasına gerek yoktur.

Mıknatıslanmış cisimler neden çeker? Teori, herhangi bir sistemin enerjisinin minimum olduğu bir pozisyon almaya çalıştığını belirtir.

Taş neden yere düşer? Potansiyel enerjisinin minimum olacağı bir pozisyon almak istediği için yere düşer. Başka bir deyişle, taş en düşük enerji konumunu işgal etme eğilimindedir ve bu nedenle düşer.

Birbirine değen iki mıknatısın toplam enerjisinin, aralarında belirli bir mesafe bulunan mıknatısların enerjisinden daha az olduğunu söyleyen hantal matematiksel formüller vardır. Sistemin enerjik olarak "en düşük" konumu alması gerektiğinden, mıknatıslar çekilir. Aynı şey bir mıknatıs ve bir demir parçası için de söylenebilir.

Bu açıklama evrensel ve basittir. Sizi tatmin ederse mıknatısın bilmecesini çözmüş sayabilirsiniz.

Bununla birlikte, manyetizmanın modern açıklaması kuantum fiziğinin kategorilerinden geldiği için, mıknatısın gizeminin tam çözümü, mikro kozmosta meydana gelen hala gizemli süreçlerin özünü tam olarak anladığımızda geleceğine dikkat edilmelidir.

el yapımı mıknatıslar

Oxford Katedrali rüzgar gülünün tarihi ile başlayan bu bölüm, insanlar tarafından diğer mıknatısların yardımıyla yapılan mıknatıslardan bahsediyor.

Pek çok son derece yararlı şey demirden yapılır. Bu nedenle, İngiliz William Gilbert dört yüzyıl önce şöyle yazmıştı: “Diğer demir mermiler için uygundur, bir başkası silah fırlatma atışlarına karşıdır, bir başkası kılıçlara ve çarpık kılıçların çeliğine (genellikle “betonlu çelik” olarak adlandırılır) karşıdır; biri kılıç içindir, diğeri at toynakları içindir. Çiviler, çengeller, sürgüler, testereler, anahtarlar, ızgaralar, kapılar, kapılar, kürekler, sopalar, dikmeler, oltalar ve diğer kancalar, tridentler, çömlekler, tripodlar, örsler, çekiçler, takozlar, zincirler, el ve ayak prangaları, kazmalar, eğik çizgiler, oraklar, sepetler, maçalar, çapalar, pulluklar, tırmıklar, sürgüler, dirgenler ondan yapılır. , şişler, bıçaklar, hançerler, kılıçlar, baltalar, mızraklar, dartlar, mızraklar, iki ucu keskin kılıçlar, çapalar ve navigasyon için gerekli birçok eşya; ayrıca atışlar, kısa mızraklar, lastikler,

Bu eksiksiz listeye en az bir önemli nokta daha eklemek gerekli görünüyor - mıknatıslar demirden yapılır.

Oxford Katedrali'nin rektörünün bu ünlü Faraday'ın ondan ne istediğini anlayamadığını söylüyorlar. Araştırma için ona katedralin rüzgar gülünün demir çubuğunu vermelerini istemeye geldi.

• Ve neden bu kadar eski paslı bir çubuğa ihtiyacın var? Şuna bak, rüzgar gülü horozu ondan düşecek! Ne de olsa, muhtemelen üç yüz yıldır katedralin tepesinde duruyor!

• Bu harika, - öyleyse, muhtemelen, diye yanıtladı Faraday, - sadece bu paslı harabeye ihtiyacımız var. Lütfen kaldırılırken ve indirilirken dikey konumunun değişmeyeceğinden emin olunuz!

Çubuk çıkarılıp katedralin avlusuna dikey olarak yerleştirildiğinde, Faraday ve yardımcısı pusulayı dönüşümlü olarak üst ve alt uçlarına getirdi. Rüzgar gülünün çubuğunun zayıf bir mıknatıs olduğu ortaya çıktı - alt ucu güney kutbu, üst ucu kuzeydi.

Daha önce, bu olaylardan çok önce Gilbert, İrlanda'da dikey olarak duran tüm demir sütunların kendi içlerinde mıknatıs haline geldiğini ve alt uçlarının her zaman güneyde olduğunu fark etti.

Avustralya'yı ziyaret eden gezginler, orada da aynı şeyin olduğunu söylediler - demir sütunlar her zaman mıknatıs olur. Sadece güney kutbu tepededir.

Aynı şekilde, kuzey-güney yönünde bir demir çubuk yerleştirildiğinde, çubuğun mıknatıslandığı fark edilebilir: güneye bakan uç kuzey kutbu kazanır ve bunun tersi de geçerlidir.

İnşa sırasında stoklar üzerinde duran gemilerin çelik gövdeleri, Dünya'nın manyetik alanı nedeniyle mıknatıslanma kazanır ve böylece dev yüzer mıknatıslar haline gelir.

Doğal mıknatıslar, manyetik demir cevheri parçalarından dönüştürüldü ve bazen oldukça önemli boyutlara ulaştı. Bugüne kadar bilinen en büyük doğal mıknatıs Estonya'daki Tartu Üniversitesi'nde bulunmaktadır. Kütlesi 13 kg, kaldırma kuvveti 40 kg'dır (armatürde).

Demir astarlı bakır bir çerçevedeki bu tür mıknatıslar, Ural fabrikaları tarafından bolca üretildi. Dağ subayları, denizciler, pusula yapımcıları, kaşifler tarafından kullanıldı. Bu tür mıknatıslar, zengin meraklılar tarafından da sipariş edildi. Genellikle, mıknatıslar için bir çerçeve görevi gören güzel bir bakır kutu, üste hareketli bir kulp takıldı ve alttan mecazi olarak oyulmuş çerçeveli bir "boyunduruk" ve yükü asmak için bir kanca asıldı. Bu mıknatıslar, mıknatısın kendisinin kütlesinin on katı olan bir yükü kaldırdı.

Efsaneye göre, Newton en güçlü doğal mıknatıslardan birine sahipti - halkasına, kütlesi mıknatısın kütlesinin 50 (!) Katı olan nesneleri kaldıran bir mıknatıs yerleştirildi.

 Sürtünerek elde edilen yapay mıknatıslar , 18. yüzyılda İngiltere'de yapılmaya başlandı . Mıknatısların imalatında, tüm demir türleri aynı şekilde davranmadı: bir durumda istenen sonucu hızla elde ettiler, diğerinde mıknatıslanma önemsizdi. Kolayca manyetize olan maddeler, kural olarak, kolayca demanyetize edilir (saf demir); mıknatıslanması zor olan malzemeler (çelik), harici manyetik alan ortadan kalktıktan sonra bile yüksek düzeyde mıknatıslanmış halde kalır. İlk maddeler genellikle manyetik olarak yumuşak, ikincisi - manyetik olarak sert olarak adlandırılır.

19. yüzyılın sonunda demire %3 tungsten ilavesinin yapay mıknatısların özelliklerini yaklaşık 3 kat iyileştirdiği fark edildi. Kobalt ilavesi, özellikleri 3 kat daha iyileştirir.

Savaş öncesi en iyi manyetik alaşım, alüminyum, nikel ve kobalt bazlı alniko idi. Alniko mıknatısların yardımıyla, mıknatıs kütlesinin 500 katı ağırlığındaki demir nesneleri kaldırmak mümkün oldu. Değiştirilmiş bir teknoloji ile (toz alniko sinterleyerek), ağırlığı mıknatısın kütlesini 4450 kat aşan bir nesneyi kaldırmak mümkün oldu.

Daha da güçlü mıknatıslar, demir, kobalt, nikel ve diğer bazı katkı maddelerini içeren magnico alaşımından yapılır. Bu alaşım temelinde oluşturulan "toz" mıknatıslar, kendilerinin 5.000 katından daha ağır bir demir yükünü kaldırabilir.

Sözde baryum oksit mıknatıslar daha da güçlüdür.

Manyetik malzemelerin uygulanmasına ilişkin sayısız örnek vardır. Kalıcı mıknatıslar günlük hayatımızda kullandığımız birçok cihazın çok önemli bir parçasıdır. Telefonunuzda, TV'nizde, DVD oynatıcınızda, arabanızda, kredi kartınızdan veri alan cihazda bulabilirsiniz. Hatta "manyetik çeneler" bile yaptılar, yani. birbirini iten ve bu nedenle bağlantı elemanlarına ihtiyaç duymayan güçlü mıknatıslanmış çelik çeneler. Mıknatıslar modern bilimde yaygın olarak kullanılmaktadır. Mikrodalga bantlarında çalışmak, manyetik kayıt ve yeniden üretim ve manyetik depolama cihazlarının oluşturulması için manyetik malzemelere ihtiyaç vardır. Manyetostriktif dönüştürücüler, denizin derinliğini belirlemeyi mümkün kılar. Önemsenmeyecek kadar zayıf manyetik alanları ölçmeniz gerekiyorsa, çok hassas manyetik elemanlara sahip manyetometreler olmadan yapmak zordur. keyfi olarak ince uzayda dağıtılmış. Manyetik kusur tespiti, metal külçelerdeki gözenekleri, boşlukları, kapanımları, çeşitli boyutlardaki ürünleri aramanıza izin veren bağımsız bir teori ve uygulama bölümüdür. Manyetik ölçümler, birçok işletmenin teknik kontrol departmanları tarafından uzun süredir benimsenmiştir.

Sert manyetik malzemeler, en modern eritme ve kalite kontrol yöntemlerinin kullanıldığı özel bir metalürji dalı tarafından üretilir. Hammaddeler, atıl bir gaz atmosferi altında değirmenlere girer, tozlar karıştırılır, etki alanlarını hareketlerini artırmak için yönlendiren devasa manyetik alanlar empoze ederken korkunç derecede yüksek basınçlarla preslenir.

Genellikle mıknatısların yapıldığı alaşımlar, demire ek olarak alüminyum, nikel, kobalt, bakır, titanyum ve diğer metalleri içerir. Oranlar, çeşitli şekillerdeki külçeler en yüksek manyetik indüksiyona sahip olacak şekilde seçilir, yapıları istek üzerine homojen veya anizotropik yapılabilir, iğne benzeri kristaller belirli bir yönde büyür, termal ve elektromanyetik dalgalar metal fizikçilerine yardımcı olur.

Sonuç olarak, çok yüksek kaldırma kuvvetine sahip mıknatıslar oluşturmak mümkündür. Nadir toprak elementleri içeren bir kobalt alaşımı, örneğin, mıknatısın kütlesinin 1 gramı başına 200 gramlık bir yükün kaldırılmasına izin verir.

Dünyanın en büyük kalıcı mıknatısı 2 ton ağırlığındadır ve yardımıyla yaklaşık 10 litre hacimde 0,11 T yoğunluğunda bir manyetik alan oluşturulur. Böyle bir mıknatıs, Chicago Üniversitesi'ndeki nükleer reaktörün yardımcı ekipmanında kullanılır; sıvı metalleri pompalamak için manyetohidrodinamik kurulumun bir parçasıdır.

Ve mıknatıslarla savaştıkları, zararlı oldukları ortaya çıkan durumlar da vardı. Örneğin, uzun süre aynı pozisyonda kalan bir geminin gövdesinin mıknatıslanmasını ele alalım. Böyle bir "kendiliğinden" mıknatıslanma hiç de zararsız değildir: sadece geminin pusulaları "yatmaya" başlamakla kalmaz, geminin alanını Dünya'nın alanı olarak alır ve yönü yanlış gösterir, yüzen mıknatıslı gemiler demir nesneleri çekebilir. Bu tür nesneler mayınlarla ilişkilendirilirse, çekimin sonucu açıktır. Bu nedenle bilim adamları, Doğanın hilelerine müdahale etmek ve manyetik mayınların onlara tepki vermemesi için gemileri özel olarak manyetiklikten arındırmak zorunda kaldılar.

İşte o zorlu yıllarda manyetizma uzmanlarının sorumlu çalışmalarını gösteren Büyük Vatanseverlik Savaşı'nın tarihi.

Sovyet denizciler ilk kez manyetik mayınları 1919'da, İtilaf filosu Kuzey Dvina kanalını şimdiye kadar görülmemiş bu silahla "doldurduğunda" öğrendiler. O madenlerde demir ok, yakınlarda seyreden bir geminin manyetik alanının etkisiyle dönerek sigorta kontaklarını kapatıyordu. Manyetik mayınları etkisiz hale getirmek kolay değildi: tabana monte edilmişlerdi ve çapalar üzerinde yüzmüyorlardı, bu nedenle sıradan trol hedefe ulaşamadı. Ayrıca patlama, geminin genellikle zayıf zırhlı tabanının altında meydana geldi, bu nedenle gemi ölüme mahkum edildi.

Ülkemizin donanma denizcileri olası bir savaş tehlikesini önceden gördüler ve gelecekte saldırgan tarafından manyetik mayınların kullanılacağını öngördüler. 1930'ların ortalarında Sovyet Donanmasının talimatı üzerine, daha sonra ünlü bir akademisyen, Sovyet barışçıl atom programının liderlerinden biri olan ve o zamanlar genç bir bilim adamı olan Anatoly Petrovich Alexandrov, bu tür silahları etkisiz hale getirmek için önlemler geliştirmeye başladı.

A.P. Alexandrov ve meslektaşları, gemilerin "manyetize edilmesini" önerdiler. Bir gemiyi manyetik alandan tamamen mahrum bırakmak çok zor olduğu için, mayınlarla mücadele etmenin bu yöntemine başlangıçta birçok kişi itiraz etti. Bu nedenle, rakipler özel troller geliştirmeyi teklif ettiler. Alexandrov'un yönteminin muhalifleri, Marat gemisinin manyetikliği giderme konusunda başarısız olduğu iddia edilen deneyleri hatırladılar. Veya alternatif bir yol izlemeye karar veren İngiliz örneğinin izlenmesi önerildi: gemiyi o kadar mıknatıslamak ki, maden gemi geçmeden çok önce çalıştı.

haklısın İlk olarak, laboratuvar manyetik alanını gösteren; ikincisi, düşmanın yalnızca çok güçlü bir sinyalle tetiklenen "pürüzlü" mayınlar döşeyebileceğini hatırlatmak için. A.P. Alexandrov'un argümanları ikna edici kabul edildi.

Olaylar o kadar hızlandı ki, hayat yüksek hızla çekilen bir filme benzemeye başladı:

1937. d.—Crositadt'ta gemilerin mıknatıslığını gidermede başarılı deneyler;

1938. g. - "Sentinel" ve "Marat" için başarılı deneme manyetikliği giderme;

1939. d.- manyetikliği giderilmiş "Vyborny"nin Onega Gölü'ndeki manyetik mayınlar üzerinde (yüksüz) başarılı yolculuğu;

1940. g.- Baltık, Dinyeper, Moskova Nehri'ndeki gemilerin yakınında saha ölçümleri, deneysel demanyetizasyon sistemlerinin kurulumu;

1941. - savaş başlar, iş bitmez. 21 Haziran'da, "Angry" muhribi ve "Maxim Gorky" kruvazörü, Finlandiya Körfezi'ndeki manyetik mayınlar tarafından havaya uçuruldu; gemileri akım taşıyan sargılarla toplu olarak donatmak ve gövdenin mıknatıslanmasını dengelemek için bilim adamları, denizciler ve gemi yapımcılarından oluşan ekipler oluşturuluyor. 1942'den sonra hiçbir gemimiz manyetik mayın tarafından havaya uçurulmadı.

... "Konum" manyetizması, ister Dünya'nın alanı isterse başka bir mıknatısın alanı olsun, uzun süredir bir manyetik alanda yatan tüm demir nesneler tarafından elde edilir. Eski zamanlarda bile, demirciler pozisyonun manyetizmasını kullandılar - sıradan demirden yapay olarak mıknatıslar elde eden ilk insanlar.

Pozisyon manyetizması, daha genel bir durumun özel bir tezahürüdür. Mıknatısın alanına getirilen herhangi bir demir veya çelik cismin kendisinin mıknatıs haline geldiği bilinmektedir. Bir jilet, at nalı şeklindeki bir okul mıknatısının çektiği bir çiviye çekilir, ona bir ataş çekilir ve bu böyle devam eder.

Bazı hekimlerin dağınık hastaların mide ve solunum yollarından iğne, toplu iğne ve diğer demir cisimleri çıkarmak için kullandıkları çok faydalı bir alet bu prensibe dayanmaktadır. Manyetik prob adı verilen bu alet, örneğin hastanın midesine indirilir. İşlem, özel monitörlerin ekranında izlenir. Mideden açık bir çengelli iğneyi bile çıkarabilen sondanın sırrı, demir ucunun  her zaman bir mıknatıs değil, yalnızca gerekli anda bir mıknatıs olmasıdır. Bunun nedeni ,  probun içinden esnek bir çelik çubuğun geçirilmesidir. Gerekirse mıknatısı "açın", çubuğun dış ucu kalıcı bir mıknatısa bağlanır. Çubuk mıknatıslanır ve yutulan nesneyi kendine çeker.

Yakındaki bir mıknatıstan demir nesnelerin mıknatıslanması, saat takan ve görev başında güçlü mıknatıslarla uğraşan insanlar için hala sorun yaratıyor. Bu tür saatlerde tüm demir parçalar manyetize edilir ve içlerindeki yay kuvvetine çekici kuvvetler eklenir ve saatin seyrini kullanmak imkansız hale gelecek şekilde bozar. 19. yüzyılın sonunda, bu sorun o kadar büyük bir boyut kazandı ki, saatlerin manyetikliğini gidermek için bir cihaz geliştirmek gerekiyordu. Ve girişimci saat şirketi "Waltham" da 1888'de herhangi bir manyetik alandan korkmayan bir saat çıkardı. Test için bu saat, Binbaşı King'in dev "silah mıknatısının" tam ağzına 15 dakika yerleştirildi. Şirketin sırrının çok basit olduğu ortaya çıktı. Mekanizmanın demir kısımlarını korumak için en güvenilir ekran yaylardır, dengeleyici - mıknatıslanmadan demirin kendisidir. "Walthama" saat kasası sıradan manyetik çelikten yapılmıştır.

Yapay mıknatıslar, demir çubukları bir parça manyetik demir cevheri ile bir yönde sürterek veya basitçe mıknatıslanmamış bir numuneyi kalıcı bir mıknatısa yaslayarak da elde edilebilir. İlginçtir ki bu şekilde orijinalinden çok daha güçlü yapay mıknatıslar elde edilebilmektedir.

Gilbert Bağlantıyı Keser

Yanına elmas koyarsanız mıknatısa ne olur? Mıknatıs neden mıknatıstır? Gilbert, "Ruhta var" diyor.

Görünüşe göre Lev Nikolaevich Tolstoy, popüler bilim türü alanında da çalıştı. Elektrik hakkında şunları yazdı: “Bu elektrik icat edildiğinde, onu ticarete uygulamaya başladılar: elektrikle yaldız ve gümüşle geldiler, elektrik ışığıyla geldiler ve işaretleri iletmek için bir yerden bir yere uzun bir mesafede elektriği buldular. Bunu yapmak için bardaklara farklı metal parçaları koyun, içlerine sıvı dökün. Elektrik kaplarda toplanır ve bu elektrik tel boyunca istenilen yere taşınır ve oradan da tel toprağa götürülür.

"Bu elektrik icat edildiğinde" ifadesini yazan büyük yazarın nispeten yakın zamanları kastettiği varsayılmalıdır - Tolstoy'un zamanından 100-150 yıl önce veya zamanımızdan 200-250 yıl önce.

Modern bilim adamlarının "bu elektriğin icat edildiğini" ve aynı zamanda "elektrikle yaldız ve gümüş yapmak için icat edildiğini" iddia etmek için bazı nedenleri var. Kanıt, belki de, arkeologlar tarafından Bağdat'ın güneyinde, Dicle kıyılarının yakınında kurumuş ve sertleşmiş alüvyonda bulunan "tuhaf" nesneler olarak hizmet edebilir. Bağdat'taki Irak Müzesi'nde (savaşın neden olduğu yağmadan sağ çıktılarsa) saklanıyorlar ve tarihi ve bilimsel literatürde "Bağdat pilleri" olarak biliniyorlar.

Neydi bu tuhaf nesneler? Ve aslında, neden garipler? Gerçek şu ki, onları 1936'da Bağdat yakınlarındaki bir demiryolunun inşası sırasında eski bir mezarda bulan arkeologlar, amaçlarını uzun süre anlayamadılar. Tavlanmış kilden yapılmış küçük kaplar çok alışılmadık bir "dolguya" sahipti - aşınmış bakır silindirler ve demir çubuklar. Arkeologlar, silindirleri inceledikten sonra, korozyonun büyük olasılıkla o zamanlar iyi bilinen asetik veya sitrik aside maruz kalmanın sonucu olduğu sonucuna vardılar. Bununla birlikte, en beklenmedik şey gemilerin dibindeydi - bugün bazen elektrik yalıtımı olarak kullanılan ziftin aynısı olan küçük ve göze çarpmayan görünümlü bir zift tabakasıydı.

Bilim adamları şu şekilde akıl yürüttüler: Asitli bakır bir kaba yalıtım (bitüm) kullanılarak bir demir levha yerleştirilirse, o zaman kimyasal bir akım kaynağından başka bir şey elde edilmez. Amerikalı bilim adamları cihazı yeniden ürettiler ve elektrolit olarak şarap sirkesini kullanarak on sekiz gün boyunca yarım volt sağlayabilen bir pil elde ettiler. Londra Bilim Müzesi'nden fizikçi Walter Winton, Bağdat'a özellikle "pilleri" incelemek için geldi. İşte yazdığı şey: “Bakır bir kaba biraz asit dökün - herhangi bir asit, örneğin asetik asit de uygundur - ve - lütfen! - Bir miktar voltaj ve elektrik akımı yaratacak basit bir piliniz var. Ve seri olarak bağlanan bunlardan birkaçı, yeterli güce sahip olacak gerçek bir galvanik pili temsil edecek, elektrikli bir zili, bir ampulü veya küçük bir motoru çalıştırmak için." Başlangıçta tanımlanamayan nesnenin ilkel bir pil olduğu sonucuna vardı. "Bu oldukça açık ve tam bir güvene değer," diye yazdı. Araştırmalar, "Bağdat pillerinin" MÖ 250'den sonraki dönemde oluşturulduğunu göstermiştir. MS 250'den önce Çoğu zaman çeşitli sihir nesneleri, muskalar ve benzerleriyle çevrili birkaç tanesi bulundu. Bazı bilim adamları (Colorado Üniversitesi'nden Paul Keizer), pillerin Babil tıp adamları tarafından elektrik şoklarıyla ağrıyı gidermek için kullanılan elektrikli balıkların yerine uygun bir alternatif olarak kullanıldığına inanıyor. Ve bazı bilim adamlarına göre (Alman Wilhelm Koenig'e atıfta bulunacağız), Babil takılarının altın kaplaması çok ince yapılmıştır. ampul veya küçük motor. Başlangıçta tanımlanamayan nesnenin ilkel bir pil olduğu sonucuna vardı. "Bu oldukça açık ve tam bir güvene değer," diye yazdı. Araştırmalar, "Bağdat pillerinin" MÖ 250'den sonraki dönemde oluşturulduğunu göstermiştir. MS 250'den önce Çoğu zaman çeşitli sihir nesneleri, muskalar ve benzerleriyle çevrili birkaç tanesi bulundu. Bazı bilim adamları (Colorado Üniversitesi'nden Paul Keizer), pillerin Babil tıp adamları tarafından elektrik şoklarıyla ağrıyı gidermek için kullanılan elektrikli balıkların yerine uygun bir alternatif olarak kullanıldığına inanıyor. Ve bazı bilim adamlarına göre (Alman Wilhelm Koenig'e atıfta bulunacağız), Babil takılarının altın kaplaması çok ince yapılmıştır. ampul veya küçük motor. Başlangıçta tanımlanamayan nesnenin ilkel bir pil olduğu sonucuna vardı. "Bu oldukça açık ve tam bir güvene değer," diye yazdı. Araştırmalar, "Bağdat pillerinin" MÖ 250'den sonraki dönemde oluşturulduğunu göstermiştir. MS 250'den önce Çoğu zaman çeşitli sihir nesneleri, muskalar ve benzerleriyle çevrili birkaç tanesi bulundu. Bazı bilim adamları (Colorado Üniversitesi'nden Paul Keizer), pillerin Babil tıp adamları tarafından elektrik şoklarıyla ağrıyı gidermek için kullanılan elektrikli balıkların yerine uygun bir alternatif olarak kullanıldığına inanıyor. Ve bazı bilim adamlarına göre (Alman Wilhelm Koenig'e atıfta bulunacağız), Babil takılarının altın kaplaması çok ince yapılmıştır. "Bu oldukça açık ve tam bir güvene değer," diye yazdı. Araştırmalar, "Bağdat pillerinin" MÖ 250'den sonraki dönemde oluşturulduğunu göstermiştir. MS 250'den önce Çoğu zaman çeşitli sihir nesneleri, muskalar ve benzerleriyle çevrili birkaç tanesi bulundu. Bazı bilim adamları (Colorado Üniversitesi'nden Paul Keizer), pillerin Babil tıp adamları tarafından elektrik şoklarıyla ağrıyı gidermek için kullanılan elektrikli balıkların yerine uygun bir alternatif olarak kullanıldığına inanıyor. Ve bazı bilim adamlarına göre (Alman Wilhelm Koenig'e atıfta bulunacağız), Babil takılarının altın kaplaması çok ince yapılmıştır. "Bu oldukça açık ve tam bir güvene değer," diye yazdı. Araştırmalar, "Bağdat pillerinin" MÖ 250'den sonraki dönemde oluşturulduğunu göstermiştir. MS 250'den önce Çoğu zaman çeşitli sihir nesneleri, muskalar ve benzerleriyle çevrili birkaç tanesi bulundu. Bazı bilim adamları (Colorado Üniversitesi'nden Paul Keizer), pillerin Babil tıp adamları tarafından elektrik şoklarıyla ağrıyı gidermek için kullanılan elektrikli balıkların yerine uygun bir alternatif olarak kullanıldığına inanıyor. Ve bazı bilim adamlarına göre (Alman Wilhelm Koenig'e atıfta bulunacağız), Babil takılarının altın kaplaması çok ince yapılmıştır. muska ve benzerleri. Bazı bilim adamları (Colorado Üniversitesi'nden Paul Keizer), pillerin Babil tıp adamları tarafından elektrik şoklarıyla ağrıyı gidermek için kullanılan elektrikli balıkların yerine uygun bir alternatif olarak kullanıldığına inanıyor. Ve bazı bilim adamlarına göre (Alman Wilhelm Koenig'e atıfta bulunacağız), Babil takılarının altın kaplaması çok ince yapılmıştır. muska ve benzerleri. Bazı bilim adamları (Colorado Üniversitesi'nden Paul Keizer), pillerin Babil tıp adamları tarafından elektrik şoklarıyla ağrıyı gidermek için kullanılan elektrikli balıkların yerine uygun bir alternatif olarak kullanıldığına inanıyor. Ve bazı bilim adamlarına göre (Alman Wilhelm Koenig'e atıfta bulunacağız), Babil takılarının altın kaplaması çok ince yapılmıştır. galvanik dışında herhangi bir altın uygulama yönteminin hariç tutulduğunu ! Binlerce çivi yazılı tablet kadim ustaların sırlarını anlatıyor, ama onları deşifre etmek henüz mümkün değil - diğer şeylerin yanı sıra, bunlar sadece ustalığın sırlarına inisiye olanların bildiği bir dilde yazılmışlardı. Şüphesiz bir gün tabletler deşifre edilecek ve belki de yeni sürprizlere tanık olacağız.

Belki de eskiler elektrik hakkında düşündüğümüzden çok daha fazla şey biliyorlardı...

Ünlü Mısırbilimci Brugsh Paşa, Mısır tapınaklarında ve kapılarının direklerinde ... paratoner olduğunu tespit etti! Metal kaplamalı uzun ahşap direklerdi. Ptolemy IV tarafından MÖ 212'de yaptırılan Edfu'daki tapınağın üzerindeki yazıt şöyle okur: “Bu, Horus'un tahtındaki tanrı Edfu'nun ışık saçan yüksek sütunudur. Sütunlar, göklerin yüksekliğindeki fırtınayı kırmak amacıyla çiftler halinde yerleştirilmiştir. Sadece demirden yapılmış aynı direkler eski Hindular tarafından biliniyordu.

Eski Girit'in Minosluları da paratoner kullanmış olabilir. MÖ 1500'e kadar uzanan bir Minos gemisinin dekorasyonunda, paratonerler açıkça görülebiliyor ve uçları yukarı dönük - Benjamin Franklin'in onları üç bin yıldan fazla bir süre sonra icat etmesi gibi. Yunan arkeolog Chryssoula Kardara, "gökten şimşek çakmak ve yağmur yağdırmak" isteyen gök gürültüsüne tapan tarikat tarafından genellikle dağların tepelerine inşa edilen tapınaklardaki "paratonerlerin" varlığını açıkladı. Daha sonra aynı amaç Giritli "demirci tanrıları" Telchins tarafından da izlendi.

Romalı figürler Numa Pompilius ve Tullius Hostilius'un zamanından kalma uzun bakır heykellerin de, kasaba halkının günahkar kafalarından Thunderer'ın darbelerini savuşturmaya hizmet ettiğine inanılıyor...

Roma İmparatoru Charles'ın hükümdarlığı sırasında, köylüler "fırtınaları savuşturmak için" tarlalara büyük kazıklar koydular. Ancak, imparatorun bunun için tamamen modern bir batıl inançla mücadele sloganı altında ciddi şekilde cezalandırdığını not ediyoruz.

Franklin'in görece yakın zamanda anladığı gibi, şimşeğin elektriksel doğası eskiler için de açık olabilir miydi?

Olağanüstü bir gözlemci ve materyalist filozof olan Miletli Thales'in genç kızının kehribar iğinin küçük toz parçacıklarından ve ona yapışan ipliklerden temizlemeye çalışırken, temizlendikten sonra tekrar ona sarılmak için koştuğunu fark ettiği anda, insanlığın elektriği öğrendiği genel olarak kabul edilir...

Görünüşe göre kehribarın küçük paçavraları, ipleri, samanları çekme özelliği Thales'ten önce çok iyi biliniyordu ve sadece Milet'te değil. Bu çekim, açıkça, kehribarın farklı insanlar arasındaki isimlerini açıklıyor: elektron - kendine çeken (Yunanistan), harpax - soyguncu (Roma); kavuba - kendine çeken (Pers), vb.

Ve kehribarın ve ona benzer nesnelerin gizemli bir özelliği daha vardı: kehribarı karanlıkta ovuşturarak, mavimsi kıvılcımlarla nasıl patladığını görebiliyordunuz. Kıvılcımlara, neredeyse duyulmayan bir hışırtı olan sessiz bir çıtırtı eşlik eder. Bu fenomen o kadar zayıf bir şekilde algılanıyordu ki, onu görkemli bir ışıltılı kılıçla - eskilerde paniğe ilham veren şimşek ve gök gürültüsü - özdeşleştirmek neredeyse düşünülemezdi. Doğaları gereği çok yakın ve ölçekleri çok farklı olan bu fenomenler arasında bir köprü kurmak bin yıl sürdü.

Thales'ten sadece iki bin yıl sonra kehribarın gizemli özelliklerinin araştırmacının dikkatini çekmesine ancak hayret edilebilir. Colchester'dan İngiliz doktor William Gilbert olduğu ortaya çıktı.

William Gilbert 1540'ta doğdu. Okuldan hemen sonra Cambridge'deki St. John's College'a girdi, iki yıl sonra bekar, dört - usta, beş - tıp doktoru oldu. Yavaş yavaş, o zamanların tıp kariyerinin zirvesine ulaşır ve kraliçenin hayat doktoru olur.

Manyetizma üzerine ilk bilimsel çalışmayı neden hekimin yazdığını söylemek zor. Belki de bu, ezilmiş bir mıknatısın ortaçağ şifacıları tarafından güçlü bir müshil olarak kabul edilmesinden kaynaklanıyordu. Gilbert'in kendisi, manyetik demirin "... zarar vermeden güçlü bir şekilde kuruduğu ve sıkılaştığı için solgunluktan ve kötü tenden muzdarip kızlara güzelliği ve sağlığı geri kazandırdığına" inanıyordu.

Bununla birlikte, acı deneyim Gilbert'e, mıknatısların yutulduğunda bazen "... iç organlarda dayanılmaz ağrılara, ağızda ve dilde kaşıntıya, uzuvlarda zayıflamaya ve kuruluğa neden olduğunu" gösterdi.

Belki de Gilbert'in manyetizmanın doğasına yaptığı geziler, gerçeğin nerede olduğunu bulma arzusundan kaynaklanmıştır: mıknatıs bir ilaç mıdır, değil midir? Hilbert, "mıknatısın doğasının ikili ve daha fazlası - zararlı ve zararlı olduğu" sonucuna varıyor. Bu sonuca giden yolda, Hilbert diğer bazılarını çok daha değerli kılıyor. Hilbert'ten önce bilim mıknatıs hakkında ne biliyordu?

1269'da Maricourt'tan Pierre Peregrine, mıknatıs hakkında kendisinden önce biriken ve bizzat kendisi tarafından keşfedilen birçok bilgi topladığı "Mıknatıs Üzerine Mektuplar" kitabını yazdı. Peregrin ilk kez mıknatısların kutuplarından, zıt kutupların çekiminden ("toplanması") ve benzer kutupların itilmesinden, demiri doğal bir mıknatısla sürterek yapay mıknatısların üretilmesinden, manyetik kuvvetlerin cam ve sudan nüfuz etmesinden, pusuladan bahsediyor. Peregrine ve takipçileri, güney ve kuzey kutuplarının çekiciliğinin nedenini oldukça belirsiz bir şekilde açıkladılar: “Her ikisi de aynı özel forma sahip olmalarına rağmen güney kısmı, kuzeyin özelliklerini ve doğasını taşıyan şeyler tarafından çekilir. Ancak bu, güney kesimde daha eksiksiz bir şekilde var olan bazı mülkleri dışlamaz. Ama kuzey kesimde bu özellikler sadece ihtimalde var ve dolayısıyla bu ihtimal ile tecelli ediyor.

Bu bakış açısının değeri, derinlemesine düşünmeye sevk ederek ortaçağ Arap düşünürü İbn Rüşd'ü (Averroes) parlak bir varsayıma götürmesinde yatmaktadır. Ona göre doğal bir mıknatıs, şekline göre kendisine en yakın uzayı bozmuştur. Ortamın mıknatısa en yakın alanları sırayla kendilerine en yakın olanları bozdu ve "baharatlar" demire ulaşana kadar böyle devam etti. Bu argümanlarda, yine bir manyetik alanın - özel bir madde biçiminin - varlığına dair bir ipucu var.

Hilbert'ten önce "mıknatıs yaşlanması" olgusu da biliniyordu. Simyacı Geber (XII yüzyıl) şöyle yazdı: “100 drahmi demir yükselten bir mıknatısım vardı. Bir süre uzanmasına izin verdim ve ona başka bir demir parçası getirdim. Mıknatıs onu tutmadı. Parça 80 drahmi içeriyordu. Bu, mıknatısın gücünün zayıfladığı anlamına gelir.

Hilbert öncesi diğer önemli olaylar arasında 14. yüzyılda manyetik sapmanın keşfi, 1492'de Columbus tarafından keşfedilen aynı paralel üzerindeki manyetik iğnenin sapmasındaki değişiklikler ve Georg Hartmann (Nürnberg, 1544) tarafından manyetik sapmanın keşfi sayılabilir.

Gilbert, On the Magnet, Magnetic Bodies ve the Great Magnet, the Earth adlı kitabında anlattığı kendi parasıyla 18 yıl boyunca sayısız deney yaptı. Sayısız Argüman ve Deneyle Kanıtlanmış Yeni Bir Fizyoloji”, 1600'de yayınlandı. Hem Hilbert'in kendisi hem de çağdaşları bu çalışmayı çok takdir ettiler. Böylece Hilbert, matbaacılık tarihinde ilk kez kitabın adının önüne adını koyarak, meziyetlerini vurgulamış oluyor.

Başarıları gerçekten harika. Bunların en önemlisi, tarihte ilk kez, Bacon'dan çok önce, deneyimi gerçeğin ölçütü olarak ilan etmesi ve tüm önermeleri özel olarak tasarlanmış deneyler sürecinde test etmesiydi.

Manyetitten bir top-terrella ("küçük Dünya") yapan Gilbert, bu topun manyetik özellikler açısından Dünya'ya çok benzediğini fark etti. Terrella, terra (Dünya) gibi, kuzey ve güney kutuplarına, bir ekvatora, izolinlere ve manyetik eğime sahipti.

nie. Bu özellikler, Gilbert'in Dünya'yı "büyük bir mıknatıs" ilan etmesine izin verdi. Hilbert'ten önce kimse Dünya'nın manyetizmasından ve manyetik iğnenin kuzey, siyah renkli ucunun çekiciliğinden şüphelenmedi (Bu arada, manyetik iğnenin güney ucu neden kırmızı ve kuzey siyahtır? Burada eski Çin gelenekleri kullanılmış olabilir. Çinliler okun güney ucunu hep kırmızıya boyadılar. Büyük İskender zamanlarının eski Asur takviminde kuzeye kara ülke, güneye kırmızı, doğuya yeşil ve batıya beyaz denirdi. Bu kural. Ana noktaların bu şekilde belirlenmesi o dönemde genel olarak kabul edilmiş olması muhtemeldir ve Orta Akdeniz'in güneyinde ve kuzeyinde uzanan Karadeniz ve Kızıldeniz isimleri bunun bir yankısıdır.

Hilbert, elmasların manyetik özellikler üzerindeki etkisine dair yaygın olarak kabul edilen inancı çürüttü. 17 büyük elmas topladı ve bu taşların mıknatısları hiçbir şekilde etkilemediğini tanıkların huzurunda ifade etti.

Bir mıknatıs belirli bir sıcaklığın üzerine ısıtıldığında manyetik özelliklerinin kaybolduğunu keşfetti; daha sonra bu sıcaklık (588 ° C), Pierre Curie'nin onuruna Curie noktası olarak adlandırıldı.

Gilbert, bir mıknatısın bir kutbunun yanına bir demir parçası getirildiğinde, diğer kutbun daha güçlü bir şekilde çekmeye başladığını keşfetti. Bu fikir, Hilbert'in ölümünden sadece 250 yıl sonra patentlendi.

Gilbert, uzun süre hareketsiz duran yumuşak demirden yapılmış nesnelerin kuzey-güney yönünde mıknatıslanma kazandığını keşfetti. Demire çekiçle vurulursa mıknatıslanma süreci hızlanır. (Yazar, küçük bir güney kasabasının elektrik santraline yaptığı iş gezilerinden birinde bu fenomenle karşılaşmak zorunda kaldı. Çağrı garipti: "Türbinlerin manyetizmasının nedenlerini öğrenmek için acilen uçun." Çalışma sırasında, devasa buhar türbinlerinin (o zamanlar dünyanın en büyüğü) dev mıknatıslara dönüştüğü, tüm makine dairesinden cıvataları, saplamaları, çivileri, anahtarları topladığı ortaya çıktı. Çalışma sırasında, türbinlerin zaten yüksek derecede mıknatıslanmış olduğu ortaya çıktı. tekerleklerden ikincisi mıknatıslanmayı hızlandırdı. Çalışma sırasında türbin kendi manyetik alanında dönerken, doğru akım üreteci oldu ve bu akımla kendisini daha da manyetize etti. Sonunda, türbin çok güçlü bir mıknatısa dönüştü ve bu, en azından çelik kapağını türbinden çıkarmak için elli tonluk bir vincin kullanılması gerektiği gerçeğiyle değerlendirilebilir.)

Hilbert, demirin perdeleme etkisini keşfetti. "Kask" veya "burun" olan bir mıknatısın, yani. yumuşak demir bağlantı parçalarına yerleştirilmiş bir mıknatıs çok daha güçlü bir şekilde çeker. Hilbert, bir mıknatısın hareketinin ışık gibi yayıldığına dair parlak bir fikir buldu.

Gilbert çok şey yaptı ve keşfetti. Ama... neredeyse hiçbir şeyi açıklayamıyordu. Tüm muhakemeleri skolastik ve saf.

Hilbert ayrıca manyetizmanın doğasını çok belirsiz bir şekilde açıkladı. Cevabı, özünde, her şeyin mıknatısın ruhundan kaynaklandığı gerçeğine indirgeniyor. Bu, Lucretius'un açıklamasına kıyasla bir dereceye kadar geriye doğru bir adımdır. Görünüşe göre, büyük kaşif, ancak modern kuantum fiziği açısından bile bir mıknatısın çekiciliğinin o kadar açık bir şey olmadığı gerçeğiyle haklı çıkarılabilir ... Bir başka, çok daha ciddi bahane, Hilbert'teki "ruh" kelimesinin arkasında bazen "alan" kelimesinin açıkça duyulduğu gerçeği olabilir...

Hilbert'in öğretisinde, görünüşe göre, elektriksel fenomenleri manyetik olanlardan ayıran ve onların farklı doğasını ortaya çıkaran ilk kişi olması çok önemlidir. Hilbert, o zamandan beri ayrı ayrı araştırılan manyetik ve elektriksel olayları ayırmayı başardı.

Franklin, Lomonosov,
Arago çalışması... 

Bu bölüm kehribar halkayı anlatıyor; seğiren pençelerin sırrı hakkında; insanın manyetizma ve elektriğin yakın akraba olduğunu nasıl öğrendiği hakkında; laboratuvarlarda dar alanların faydaları hakkında.

Gilbert, kehribar gibi küçük madde parçalarını ve toz parçacıklarını çekebilen epeyce madde keşfetti. Almanya'nın Magdeburg şehrinin meraklı belediye başkanı Otto von Guericke, bu ve benzeri maddeleri manipüle ederek garip bir makine yaptı - bu, basit bir mekanizma tarafından tahrik edilen bir kükürt bilyesiydi. Dönen top, halatlardan sarkıtılan uzun bir metal çubuğa bağlı metal bir zincire dokundu. Dönme sırasında top avuç içleriyle tutulursa, üzerinde zincir tarafından çubuğa çıkarılan önemli bir elektrik yükü birikmiştir.

Kükürt topları şu şekilde yapıldı: içine erimiş kükürtün döküldüğü camdan ince küresel bir kap üflendi. Kükürt soğuduğunda cam kırıldı ve bir Kükürt Topu elde edildi. (Maalesef Guericke, zamanının bilim adamlarına sadece bir cam küreyi döndüremeyecek kadar çok saygı duyuyordu. Gilbert hakkında yazdığı için bir kükürt topuna ihtiyacı vardı. O zamanlar camın elektriksel özellikleri hakkında çok az şey biliniyordu.

Guericke'nin makinesi hemen çok yaygınlaştı ve onun yardımıyla birçok elektriksel etkiyi tespit etmenin mümkün olması şaşırtıcı değil.

Alışılmadık vakalardan biri, ünlü Leiden laboratuvarında meydana geldi. Caneus adlı bir öğrenci, avucunda tuttuğu bir cam şişedeki suyu "elektriklendirmek" için Guericke'nin makinesini kullandı. ile şarj işlemi yapıldı

makinenin çubuğuna bağlı zincir. Zincir, şişenin boynundan suya indi. Bir süre sonra Kaneus, zinciri gemiden çıkarmak için serbest eliyle çıkarmaya karar verdi. Zincire dokunarak korkunç bir elektrik şoku aldı ve neredeyse ölüyordu.

Bu tür gemilerde elektriğin çok büyük miktarlarda birikebileceği ortaya çıktı. Böylece, sözde Leyden kavanozu keşfedildi - en basit kapasitör.

Yeni buluşla ilgili bilgiler hızla Avrupa ve Amerika'ya yayıldı. Tüm laboratuvarlarda ve aristokrat salonlarda, aynı zamanda tatsız, eğlenceli ve gizemli harika deneyler yapıldı.

Fransa'nın başkenti elbette bu "Leyden çılgınlığı"ndan uzak durmadı. Louis XVI'nın saray elektrikçisi Cizvit Nollet şu deneyi yaptı: 180 keşiş el ele verdi. İlk keşiş kavanozun başını tuttuğu anda, 180 keşişin hepsi tek bir kasılmaya dönüşerek dehşet içinde haykırdı. Hoş olmayan duyguya rağmen binlerce insan bu testi yaptırmak istedi. Yeni kutular yapıldı, daha güçlü.

Leiden kavanozu, birçok çalışmanın temel özelliklerinden biri haline geldi. Yardımı ile birkaç santimetre uzunluğunda elektrik kıvılcımları elde etmek mümkün oldu.

Ve Gilbert'in anavatanında elektrikle ilgili araştırmalar devam etti. Newton bununla meşguldü, laboratuvar asistanı bir Leiden kavanozunun yükünü ıslak bir ip boyunca aktarmayı öğrendi.

En ileri görüşlü araştırmacı, fırtınalı gökyüzünü yararak parıldayan şimşeğin devasa bir Leyden kavanozu yardımıyla elde edilen görkemli bir elektrik kıvılcımı olduğu fikrini ortaya attı... Bu araştırmacının Amerikalı Benjamin Franklin (1706-1790) olduğu ortaya çıktı. Yoksul bir ailenin oğlu, okula pek gitmedi: ya babasının sabun yapmasına yardım etti, sonra sıhhi tesisat okudu, sonra matbaacı kardeşinin talimatlarını yerine getirdi.

Yirmi yedi yaşında popüler bir yazar oldu. "Zavallı Richard" sayısız baskıdan geçti. “Bu konuları en az kamu yararı için yazdığımı söyleyerek kendimi iyi hissettirmeye çalışabilirim; ama bu samimiyetsiz olur ve ayrıca çağdaşlarım bu şekilde kandırılamayacak kadar akıllılar ... Gerçek şu ki, ben son derece fakirim ve ... yayıncı bana gelirin önemli bir kısmını vaat etti ... ”, Franklin yazma faaliyeti hakkında açık bir şekilde yazdı.

Bir elektrik kıvılcımını gösteren ve bir leide kutusundan boşalmanın bir kişi üzerindeki hoş olmayan etkisini gösteren elektrik üzerine bir dersi dinledikten sonra fizikle ilgilenmeye başladı. "Pil", "kapasitör", "iletken", "şarj", "deşarj", "sargı" kelimelerini kullanarak, Franklin'in tüm bu nesnelere ve olaylara ilk isim veren kişi olduğunu pek hatırlamıyoruz. Sadece yedi yıl fizik okudu (1747'den 1753'e kadar), ancak bilime katkısı çok büyüktü.

Franklin, hayatının son yıllarında, Amerika'nın İngiltere'nin sömürge boyunduruğundan kurtuluşu için aktif bir savaşçı olarak, Amerika'nın siyasi hayatının önde gelen isimlerinden biri oldu. Zamanının en çekici, en ilginç adamı, neşeli ve neşeli, atletik yapılı Franklin, her zaman hayranlarla çevriliydi.

Franklin'in yaşamının yedi "elektriksel" yılına, daha kesin olarak, yıldırımın elektriksel doğasının kanıtıyla ilişkilendirilen yıllara dönelim.

Şans eseri bir dersi dinledikten sonra, Franklin oldukça basit ama tutarlı ve doğru bir statik elektrik teorisi ve bunun bir vücuttan diğerine iletimini geliştirdi - bu teori, okulda elektrikle ilk tanıştığımızda öğrendiğimiz teori. Şimdi bu öğretide tek bir düzeltme yapacağız: Franklin rastgele elektrik biriktiren bir cismin pozitif, elektrik kaybeden bir cismin ise negatif yüklü olduğunu varsaydı. Artık iletkenlerdeki elektriğin taşıyıcısının negatif yüklü bir elektron olduğunu biliyoruz. Bu nedenle, bize göre elektrikli bir cisim negatif olarak kabul edilmelidir. Doğal olarak, Franklin bunu tahmin edemezdi. Franklin'den beri yerleşik olan görüşün kırılmaması adına,

Franklin'in elektriğin doğası hakkındaki net fikirleri, şimşeğin elektrik kıvılcımından başka bir şey olmadığı teorisini yaratmasına izin verdi. Franklin bir yazısında bunu kanıtlayan bir deneyin nasıl kurulacağını anlatmıştı.

Franklin'in tarifine göre Fransız Dalibar, Marly'de bir deney yaptı: bir dağa monte edilmiş metal bir çubuk, bir uçta topraklanmış bir çubuğa yaklaştırıldı. 10 Mayıs 1752'de bir fırtına sırasında Dalibar, keskin bir çıtırtı ve ozon kokusu eşliğinde bir gök gürültüsü bulutundan büyük mavi bir elektrik kıvılcımı aldı. Zaten sekiz gün sonra Dalibar bu deneyimini krala gösterdi.

Bununla birlikte, Dalibar "gökten şimşek" alan ilk kişi olmasına rağmen, keşfedenin Franklin olduğu açıktır. 1753'te Franklin ünlü uçurtma deneyini kurdu.

Aynı yıl M. V. Lomonosov ve G. V. Richman tarafından benzer deneyler yapıldı. Richman, bir yıldırım deşarjı sırasında elektrifikasyon olgusunu ölçmek istedi. Yanlışlıkla "gök gürültüsü makinesinin" çubuğuna çok yaklaşan Richmann'a yıldırım çarptı.

Bilim dünyası sarsıldı. Ve ondan önce, özellikle kilise kulelerindeki çanlarda yıldırımlar öldü ve burada bilim adamının kurban olduğu ortaya çıktı. Lomonosov'a göre, "Richmann şanlı bir şekilde öldü", Kraft'ın St.Petersburg meslektaşı üzgündü ("ikinci Pliny idi"), genç Rumovsky öğretmenin yasını tuttu ("Orpheus, Aesculapius ve Zoroaster'a yıldırım çarptı"), Zamanla tutkular azaldı ve bilim adamları güvenlik önlemleri almaya başladı.

Richmann'ın tapınağa giren ve küçük ayak parmağından ("ayakkabını yırtmak ama yakmamak") çıkan bir akıntıdan korkunç ölümünü belirten K. G. Kratzenstein (1723-1795), kaderinde değildi. Havadaki su buharının yükselme mekanizmasını açıkladığı için Bordeaux Akademisi ödülünü alan, bir kadında parmak felcini elektrikle tedavi ettiği için Leopoldina Akademisi'ne seçilen, halihazırda tanınmış bir tıp ve felsefe doktoru olan Bilimler Akademisi'nde tamirci olarak hizmet etmek için Petropolis'e geldi. Ona göre Richman'ı kurtarmadı, St.Petersburg Akademisi ile sözleşmesini bile yenilemeden Rusya'yı çaresizlik içinde terk etti ve günlerinin sonuna kadar Kopenhag'a yerleşti.

Yıldırım ve ondan korunma hakkında her zaman birçok tuhaf hikaye ve masal olmuştur. Örneğin, Kelt savaşçılarının, tarlada bir fırtına onları yakalarsa, yere uzandıkları, bir meşale yaktıkları ve uzun kılıçlarını ucu yukarı gelecek şekilde yere sapladıkları biliniyordu. Yıldırım kılıçlara çarptı ve savaşçılara zarar vermeden yere indi.

Çok sonra, İtalyan Volta, bir mum alevinin elektriksel iletkenliği artan bir sıcak hava sütunu oluşturduğunu deneyimle gösterdi. Bilim adamının kendisi, eski Mısır rahiplerinin örneğinden ilham alarak, mumlu muhteşem bir elektrometre yaptı. "Tanrı için yalvarmak" gerektiğinde, devasa bir kurban ateşi yaktılar, gökten yere bir duman sütununa çarpan şimşek, sözde Jüpiter, Zeus veya Osiris'in iradesini ilan etti.

Bununla birlikte, eski paratonerler unutuldu, yalnızca keşişler gök gürültülerini ve şimşekleri koruyucu dualarla uzaklaştırmaya çalıştı ve insanlar arasında şimşekler, tanrılar, gök gürültülü fırtınalar ve göksel ateşin kurbanları hakkında garip hikayeler, geçmişin uzak yankıları olarak yaşadı. Ve şimşeğin doğasına eşlik eden gizemin ölçüsü olmadığı için, bu tür hikayelerin sayısı yoktur. Franklin'in yıldırımdan korunmak için demir çubuklar koyma önerisinden sonra, Avrupa ve Amerika'nın iki kampa ayrılması şaşırtıcı değil: paratonerin ateşli destekçileri ve aynı derecede ateşli muhalifleri. Paris'te bir zamanlar paratonerli şapkalar moda kabul ediliyordu. Aynı zamanda, Saint-Opéra'daki evine paratoner takan Parisli ev sahibi de Vizery, komşularının şiddetli saldırısına uğradı ve sonunda ona dava açtı. Bu 1780'deydi. Süreç dört yıl sürdü. Duruşmada paratonerin savunucusu, hala bilinmeyen avukat Maximilian Robespierre idi. Paratoner rakiplerinin yanında Jean-Paul Marat uzman olarak görev yaptı. Sonunda de Visery beraat etti... Ancak Fransızlar paratonere uzun süre direndiler. Tuhaf bir olay olmasa belki de bu daha da devam ederdi.

1782'de Philadelphia'da (ABD) 400 paratoner kuruldu (o sırada Philadelphia'da toplam 1300 ev vardı). Fransız büyükelçiliği oteli dışında tüm kamu binalarının çatıları metal paratonerlerle kaplandı. 27 Mart 1782'de bir fırtına sırasında istisnai eve yıldırım çarptı. Otel kısmen yıkıldı ve içinde yaşayan Fransız subayı öldürüldü. Halkta büyük tepkiye neden olan bu olaydan sonra Fransa bile paratoneri resmen tanıdı.

Belki de ancak bu çok gürültülü süreçlerden ve olaylardan sonra yıldırımın elektriksel doğası genel olarak kabul edildi. Yıldırımın elektriksel bir fenomen olduğuna şüphe yoktu. Yıldırım ve elektrik arasındaki bağlantı sağlam bir şekilde kurulmuştur. Bu sıralarda bilim adamları, yıldırımın bir şekilde manyetizma ile ilişkili olduğu fikrini yavaş yavaş kabul etmeye başladılar. Bununla birlikte, esas olarak mıknatısla ilgili sistematik bilgi eksikliğinden dolayı böyle bir köprü yapmak son derece zordu.

Hangi bilinmeyen, gizemli güç pusula iğnesine rehberlik ediyor? Cansız bir taşa, yalnızca canlı olanın doğasında bulunan hareket etme yeteneğini verme gücü kimde var? Hem şimşek hem de manyetizma gibi bu kadar farklı ve bu kadar güçlü etkiler yaratanın elektrik olduğu kimin aklına gelirdi?

Bilim adamlarının elektrik örneğinde olduğu gibi manyetizmanın doğası hakkındaki düşüncelerine doğru yönü yıldırım verdi.

19. yüzyılın başında Fransız bilim adamı François Arago, Gök Gürültüsü ve Şimşek kitabını yayınladı. Bu kitap, bazıları Arago'nun arkadaşı Fransız fizikçi André-Marie Ampère'i manyetizmanın ilk doğru açıklamasını yapmaya yöneltmiş olabilecek birkaç ilginç giriş içeriyor.

İşte "Gök Gürültüsü ve Şimşek" kitabından bazı alıntılar: "... 1681 Temmuz'unda" Quick "gemisine yıldırım çarptı. Gece geldiğinde, yıldızların konumuna göre, üç pusulanın konumu ortaya çıktı ... ikisi, daha önce olduğu gibi kuzeyi işaret etmek yerine güneyi işaret etti, üçüncü pusulanın eski kuzey ucu batıya yönelikti ... "

Ve bir şey daha: “... Haziran 1731'de bir tüccar, Wexfield'deki odasının köşesine bıçaklar, çatallar ve demir ve çelikten yapılmış diğer nesnelerle dolu büyük bir kutu koydu ... Eve tam olarak kutunun durduğu köşeden giren yıldırım, onu kırdı ve içindeki her şeyi dağıttı. Bütün bu çatallar ve bıçaklar... yüksek derecede manyetize olmuş... "

Yıldırım ve manyetizma arasındaki yakın bağlantı gerçeği, araştırma için giderek daha açık hale geldi. O zamanlar yıldırım ve elektrik arasındaki bağlantının çok iyi bilindiğini hesaba katmak gerekir, bu nedenle en zeki kişilerin elektrik ve manyetizma arasındaki bağlantıyı göreceği günün çok da uzak olmadığı ortaya çıkıyor. Birçoğu bu bağlantıyı neredeyse tahmin etti; doğanın iki büyük gücünü birbirinden ayıran engeli aşmak için yalnızca küçük bir çaba eksikti. Böylece, St.Petersburg akademisyeni Franz Ulrich Theodor Epinus, 7 Eylül 1758'de Akademi'nin genel toplantısında sorunu çözmeye neredeyse yaklaştığı "Elektrik kuvvetinin manyetik kuvvetle benzerliği üzerine" incelemesini okudu. Bir tür köprü, bir bağlantı parçası eksikti... Avrupa'nın bilim çevreleri, anatomi profesörü Aloiso Luigi Galvani'nin İtalyan "yeniliklerini" - deneylerini öğrenince umutlar arttı.

Tesadüfen, Galvani'nin Kasım 1780'de parçalara ayrılmış kurbağalar üzerinde sinir sistemlerini incelediği odada, bir fizikçi olan arkadaşı, Volta'nın deney yöntemini kullanarak çalıştı . elektrik. Galvani, dikkatini dağıtmak için parçalara ayrılmış kurbağalardan birini elektrik makinesinin yanındaki masanın üzerine koydu. O sırada Galvani'nin karısı odaya girdi. Gözlerinin önünde korkunç bir resim belirdi: elektrikli bir makinedeki kıvılcımlarla, ölü bir kurbağanın bacakları demir bir nesneye (neşter) dokunarak seğirdi. Galvani'nin karısı bunu dehşet içinde kocasına gösterdi. Galvani şaşırdı ve bunun sebebinin elektrik kıvılcımları olduğuna karar verdi. Daha güçlü bir etki elde etmek için, bir fırtına sırasında demir bir balkondaki bakır tellere birkaç parçalanmış kurbağa astı. Bununla birlikte, kurbağaların davranışını yalnızca yıldırım - dev elektrik deşarjları - etkilemedi. Rüzgar estiğinde kurbağalar tellerinin üzerinde sallanır ve bazen demir balkona dokunurlardı. Bu olur olmaz pençeler seğirdi.

Galvani'nin deneyleri, genel kamuoyunda eski ölümsüzlük hayallerini uyandırdı. Ölümsüzlük çok yakın, somut görünüyordu. Bugün ölü bir kurbağanın ayağı titrer, yarın ise... Sayısız insan Galvani'nin yöntemine göre deneyler yapmaya başladı.

Eski ansiklopedilerden birinde bunun hakkında şöyle yazmışlar: “Binlerce yıldır, soğukkanlı kurbağa kabilesi, doğanın ana hatlarıyla belirttiği gibi, özgürce büyüdü ve dünyevi nimetlerin tadını çıkardı, yalnızca bir düşmanı, Mr. Ancak geçen yüzyılın sonunda, kurbağalar için kötü, özel bir çağ başladı. Kötü kader üzerlerinde hüküm sürdü ve kurbağaların ondan kurtulması pek olası değil. Takip edildiler, yakalandılar, işkence gördüler, kafa derisi yüzüldüler, öldürüldüler, başları kesildi - ama ölümle bile talihsizlikleri sona ermedi. Kurbağa fiziksel bir araç haline geldi ve kendisini bilimin emrine verdi. Kafasını kesecekler, derisini yüzecekler, kaslarını düzeltecekler ve sırtını telle delecekler. ama yine de sonsuz dinlenme yerine gitmeye cesaret edemiyor; fizikçilerin veya fizyologların emrine uyarak, "canlı su" nun son damlası kuruyana kadar sinirleri bozulur ve kasları kasılır. Ve tüm bunlar Aloiseau Luigi Galvani'nin vicdanında yatıyor ... ".

Ancak Galvani'nin kendisi de mutlu değildi. Sevgili karısı Lucia öldü, İtalya'yı işgal eden Napolyon'a biat etmeyi reddettiği için sandalyesini kaybetti, iki yeğeni öldü. Kısa süre sonra bilim adamının kendisi açlıktan öldü.

Galvani'nin kaderi ölü kurbağaların bacaklarının neden seğirdiğini anlamak değildi. Yalnızca büyük Alessandro Volta, farklı metal iletkenlerin bağlantısının (Galvani için bakır tel bir demir balkona bağlanmıştı) uçlarında elektrik yüklerinin ortaya çıkmasına neden olduğunu fark etti. Uçlar kurbağanın gövdesi boyunca kapatılırsa, Otto von Guericke'nin "korkunç deneylerinde" olduğu gibi kısa ömürlü değil, uzun süreli bir elektrik akımı oluşur. Volta ve Galvani, bu akımın doğası hakkında çok ciddi bir tartışmaya girdiler: Galvani, akımın kaynağının kurbağanın kendisi olduğundan emindi ve Volta, akımın temel nedeninin iki farklı metalin birleşimi olduğuna inanıyordu.

Galvani anlaşmazlıkta yanıldığı ortaya çıksa da, yine de vücudun biyolojik akımları teorisinin temellerini attı.

Volta tamamen farklı deneyler yaptı - Galvani'nin "hayvan elektriği" teorisine şüpheyle yaklaştı. Bazen garip bir şey yaptığı görülüyordu: iki madeni para ya da iki daire aldı - her zaman farklı metallerden - ve ... onları ağzına koydu: biri dilin üzerine, diğeri dilin altına. Bundan sonra madeni paralar veya daireler telle bağlanırsa, Volta tuzlu bir tat hissetti - aynı tat, ancak aynı anda iki pil kontağını yalayarak hissedebileceğimiz çok daha zayıf. Daha önce Guericke'nin makinesi ve bir elektroforla yapılan deneylerden Volta, böyle bir tadın elektrikten kaynaklandığını biliyordu. Pek çok daireyi üst üste koyarak (yüzden fazla), Volta oldukça güçlü bir elektrik kaynağı aldı - bir volt sütunu. Kolonun üst ve alt uçlarına iletkenler bağlayarak ağzına alan Volta, bu kaynağın,

Bunu takiben Volta başka bir icat yaptı - gösterişli bir şekilde "kapların tacı" olarak adlandırılan ve seri bağlanmış birçok çinko ve bakır plakadan oluşan, seyreltik asit kaplarına çiftler halinde indirilen bir elektrik pili yarattı. Zaten oldukça sağlam bir elektrik enerjisi kaynağıydı (elbette o zamanlar için katı; şimdi "gemi tacı" yardımıyla yalnızca bir elektrikli zili etkinleştirmek mümkün olacaktı).

20 Mart 1800'de Volta, Royal Society of London'a araştırması hakkında bir rapor verdi. O günden itibaren doğru elektrik akımı kaynaklarının - voltaik sütun ve pil - birçok fizikçi tarafından bilindiğini ve yaygın olarak kullanılmaya başladığını varsayabiliriz. Bu icadın yayılması ve elektrikle ilgili deneylerin yaygınlaşması, Napolyon'un Volta'yı önde gelen Fransız fizikçilerin önünde konferans vermek üzere Paris'e davet etmesiyle kolaylaştırıldı. Rusya'da da Volta'nın keşfini çabucak öğrendiler. 3000 "daireden" oluşan o dönemin en devasa ve güçlü elektrik pillerinden biri, kendisini yücelten elektrik arkını bu pil yardımıyla keşfeden Rus profesör V.V. Petrov tarafından yapılmıştır.

Daha 1808'de, ünlü İngiliz fizikçi Sir Humphrey Davy elektrik ark aydınlatmasını uygulamaya koydu. Elektrik dünya çapında muzaffer yürüyüşüne başladı. Elektrikli aydınlatma özellikle hızla gelişti. Hatta zengin evlerde hizmetçi ve hizmetçilerin başlarına küçük kandiller konulması bile teklif edilmişti. Scientific American dergisi 19. yüzyılın ortalarında şöyle yazmıştı: “Yakında özel evleri sütunlarda elektrik lambaları kullanmak yerine kızlar tarafından aydınlatılacağı zaman gelecek. Böyle bir kız (50-60 mum parlaklığında) oturma odasında bir koltuğa oturacak ve misafirler arayana kadar bekleyecek - sonra ışığı kendi üzerine yakacak, ziyaretçiyi alacak ve onu resepsiyona gösterecek. Böyle bir kızın maliyeti, özel bir hizmetçi ve gaz lambası alma maliyetinden çok daha düşük olacaktır. Evde elektrikli bir kızın olması çok daha güzel, sürekli başınıza düşmekle tehdit eden hantal avizelerden daha. Estetik anlayışı olan her ev sahibi, 2500 takım lamba ve pil üretilmiş kız çocukları için şamdanı değiştirmekten mutluluk duyacaktır.”

Elektrik, fiziksel laboratuvarların günlük yaşamına çoktan girmişti. Onunla hayvanlar üzerinde çok sayıda deney yapıldı, onun yardımıyla bir yay ve minyatür şimşek kıvılcımları aldılar.

"Elektrik" kelimesi sıradan insanların sözlüğüne girdi. Artık açıklanması zor ve gizemli tüm vakalarda elektrikten şüpheleniliyordu. O zamanın görüşleri şu ifadededir: "Elektrikle ilgili her şey gizemlidir, öyleyse gizemli olan her şey elektrikseldir." Robert Burns, şakacı şiiri "Altın Çember"de daha önce şöyle yazmıştı:

İki kişi nişanlanınca neden parmağına altın yüzük takarlar? “Meraklı bir kız bana sordu. Soru karşısında çıkmaza girmeden sevgili muhatabıma şöyle cevap verdim: - Aşkın elektrik gücü vardır, Altın da bir iletkendir!

Davy sorunu çözmeye çok yaklaştı. Elektrik arkının bir mıknatısın etkisiyle saptığını tespit edebildi. Zaten bir bağlantıydı, ama ürkek, ince bir bağlantı, gereken önemi verilmeyen bir bağlantı. Manyetik iğne ilk kez İtalyan fizikçi Romagnosi'nin deneylerinde bir akımın etkisi altında döndü: 1802'de Romagnosi, bir pusula iğnesinin bir voltaik sütuna getirildiğinde, hafifçe saptığını fark etti. Bazen hiçbir etki gözlenmedi. Romagnosi, iğnenin yalnızca voltaik sütun bir yüke kapatıldığında, başka bir deyişle yalnızca içinden akım geçtiğinde saptığını anlayamadı.

Onu keşfetmek Hans Christian Oersted'e düştü.

Oersted birleşiyor

43 yaşındaki Kopenhaglı profesör Hans Christian Oersted (1777-1851) Avrupalı ​​meslektaşlarına elektrik akımının manyetik bir iğne üzerindeki etkisi hakkındaki -Latince sadece dört sayfalık- ünlü "Broşür"ünü gönderdiğinde ve birçok bilim adamı onu tanımayı başardığında, şaşkınlıkları sınır tanımıyordu. Akım aslında mıknatıs üzerinde garip bir şekilde etki ediyor mu?

Hiç şüphesiz elektrik ve manyetizma teorisinin ve elektriğin mıknatıs oluşturmak için kullanılmasının anahtarı olarak görülmesi gereken “Oersted problemini” anlamak için, iki buçuk yüzyıl öncesine gitmeli ve küçük Danimarka adası Langeland'ı, üzerinde Rydkobing adlı bir kasabayı ve Hans Christian'ın doğduğu fakir bir eczacının ailesini hayal etmelisiniz. İhtiyaç, aileyi hemen takip etti ve Hans Christian ve Anders kardeşler, ellerinden geldiğince ilköğretimi almak zorunda kaldılar: şehir berberi onlara Almanca öğretti; karısını Danimarkalıya; küçük bir kilisenin papazı onlara gramer kurallarını öğretti, tarih ve edebiyatla tanıştırdı; Kadastrocu onlara toplama ve çıkarma yapmayı öğretti ve misafir bir öğrenci ilk kez onlara minerallerin özellikleri hakkında inanılmaz şeyler anlattı, meraklarını uyandırdı ve onlara gizemin aromasını sevmeyi öğretti. yirmi yaşında, Hans bilime bağlı ve bilimin bu kadar küçük bir kısmını bildiği için, çoktan babasının eczanesinin tezgahının arkasında durup ona yardım etmek zorunda kalmıştı. Burada tıp onu uzun süre büyüledi, kimyayı, tarihi, edebiyatı yerinden etti ve bilimsel misyonuna olan güvenini daha da güçlendirdi. Kopenhag Üniversitesi'ne girmeye karar verir, ancak ne okuyacağını bilemez. Her şeyi üstlenir: tıp, fizik, astronomi, felsefe, şiir. Her şeye aynı anda tutkulu ve her şeyi ciddiye alıyor. Richman ve Lomonosov'un deneylerinde Richman'ın ölümüne tanık olarak tarihe geçen tıp doktoru Kratzenstein tarafından kurulan burs, doğru zamanda yardımcı oldu. Almanya'da doğdu (fakir bir öğretmenin altıncı oğlu), Halle Üniversitesi'nden mezun oldu, mutsuz bir şekilde St. Petersburg Akademisi'nde görev yaptı ve ardından 42 yıl Kopenhag Üniversitesi'nde öğretmenlik yaptı.

Hans ile birlikte kardeşi de okudu, ancak içtihat. Kardeşler el ele, üniversite avlularının yeşil çimenleri boyunca yürüdüler ya da eski binaların basamaklarında ya da yankılanan oditoryumlarda birbirlerinden ayrı, yanan gözlerle oturdular. Bilime başlangıç ​​hizmetleri, bir tür mistik eyleme benziyordu, bu manastır duvarları ve sivri pencereli soğuk odalar için çok uygun. Hans, üniversitenin duvarları arasında mutluydu; daha sonra, bir gencin tamamen özgür olabilmesi için, mücadelenin olduğu, özgürlüğün olduğu, yenilene ayağa kalkıp yeniden savaşma hakkının verildiği büyük düşünce ve hayal dünyasının tadını çıkarması gerektiğini yazdı. Zorluklardan ve ilk küçük zaferlerden zevk alarak, yeni gerçekleri öğrenerek ve önceki hataları ortadan kaldırarak yaşadı. Ama o ne yapıyordu? Üniversite Altın Madalyası 1797 "Şiir ve Düzyazının Sınırları" adlı makalesiyle kendisine ödül verildi. Dağıldı ve görünüşe göre çok yönlülüğü derinliğe tercih ederek bilimsel kariyerine önceden son verdi. Yine çok beğenilen bir sonraki çalışması, alkalilerin özelliklerine adanmıştı ve kendisine Felsefe Doktoru ünvanını aldığı tezi tıp üzerineydi (Kratzenstein'ınki gibi).

Yeni bir yüzyıl geldi. Fransız Devrimi'nin kasırgasında, Amerikan Bağımsızlık Savaşı'nın savaş alanlarında, yeni bir dünya algısı doğdu, zihinleri ve ruhları yerleşik dogmalardan arındırdı, özgürlük rüzgarı gençleri çağırdı. Sanayi devriminin başlangıcı, geleneksel teknoloji dünyasını sonsuz bir yeni pratik icat akışıyla doldurdu. 19. yüzyıl kendisini yeni bir yaşam biçimi ve düşüncelerle, yeni toplumsal ve siyasal düşüncelerle, yeni bir felsefeyle, yeni bir sanat ve edebiyat anlayışıyla ilan etti. Bütün bunlar Hans'ı yakalar, hayatın kaynadığı, temel bilimsel ve felsefi sorunların çözüldüğü yere - Almanya, Fransa ve diğer Avrupa ülkelerine - ulaşmaya çalışır. Danimarka bu anlamda bir Avrupa eyaletiydi ve Oersted orada kalamazdı ve kalmak da istemiyordu. Anlayış arıyordu, yeni arkadaşlar arıyordu.

Yeteneği, azmi ve şansı iç içe geçerek mutlu bir top haline geldi ve işte burada, tezini zekice savunarak, Fransa, Almanya ve Hollanda'da bir yıllık staj için üniversiteye gidiyor. O zamanlar bir fizikçiden çok bir filozoftu. Yeni arkadaşları çoğunlukla filozoflardır. Almanya'da çok zaman geçirdi. Orada, Fichte'nin fizik ve mitoloji arasındaki bağlantı üzerine şiir yardımıyla fiziksel fenomenleri inceleme olasılıkları hakkındaki derslerini dinledi. Schlegel'in derslerini beğendi, ancak Oersted, fiziksel fenomenlerin doğrudan, deneysel çalışmasını terk etme ihtiyacı konusunda onunla aynı fikirde değildi. Tıpkı Hegel'in daha önce ona vurduğu gibi, Schelling tarafından da vurulmuştu. Fenomenlerin evrensel bağlantısı fikrinden büyülenmişti, onda görünürdeki dağılımının gerekçesini ve anlamını gördü - bu felsefeye göre incelediği her şeyin birbirine bağlı ve birbirine bağlı olduğu ortaya çıktı. Evrensel bağlantı fikrine takıntılı hale geldi. Her şeyi her şeye bağlayın. Onunla aynı şekilde düşünen, aynı derecede çok yönlü ve romantik olan akraba bir ruh hızla bulundu. Bu, akümülatörün mucidi, parlak bir vizyoner, çılgın fikirlerin kaynağı olan fizikçi Ritter'di. Ritter, Oersted'e yazdığı mektuplardan birinde özellikle şu fikri ifade etti: Ona göre ekliptiğin maksimum eğim yılları, elektrik alanındaki en büyük keşiflerin yapıldığı yıllara karşılık geliyordu. Böylece, 1745, Leyden kavanozunun icadıyla işaretlendi, 1746'da Wilke elektroforu icat etti, 1782'de Volta kapasitörü ve 1801'de volt kolonu ortaya çıktı. Ritter, "Artık yeni keşifler çağının 1819 veya 1820'de geleceğini hesaplayabilirsiniz ve biz de onun tanıkları olabiliriz" diye yazmıştı. Bazen bu tür tahminler tam olarak olmasa da gerçekleşir. Bu tahmin gerçek oldu keşif 1820'de Oersted tarafından yapıldı, ancak Ritter'in buna tanık olması gerekmiyordu. 1810'da öldü.

Evrensel iletişim fikri Oersted'in peşini bırakmadı. Çocukluğundan beri sahip olduğu olağanüstü enerji, onu yeni ve yeni arayışlara yöneltti. 1813 yılında Fransa'da “Kimyasal ve Elektriksel Kuvvetlerin İdealitesi Üzerine Araştırmalar” adlı eseri yayınlandı. İçinde Oersted ilk kez voltaik elektrik ile manyetizma arasındaki bağlantı fikrini ifade ediyor. Şöyle yazıyor: "Elektriğin ... mıknatıs üzerinde herhangi bir etki yaratıp yaratmadığını görmeye çalışmalısınız ..." Düşünceleri basitti: elektrik ışığa yol açar - bir kıvılcım, ses - çıtırtı ve son olarak, ısı üretebilir - Leyden kavanozunun kıskaçlarını kapatan tel ısınır. Elektrik manyetik eylemler üretemez mi? Oersted'in mıknatıstan ayrılmadığını söylüyorlar. Bu metal parçasının onu düşündürmesi gerekiyordu.

Elektrik ve manyetizma arasında bir bağlantı fikri o zamanlar kelimenin tam anlamıyla havadaydı ve Avrupa'nın en iyi beyinlerinin çoğu buna kapılmıştı. Franz Ulrich Theodor Aepinus bile benzerliklerini fark etti ve Fransız François Arago, gemiler, hazineler ve bu anlaşılması zor bağlantıyı da gördüğü olağandışı gök olayları hakkında ilk bakışta gizemli hikayeler toplamak için uzun yıllarını harcadı.

Bir gün Mallorca'nın ana limanı olan La Palma yollarında bir Fransız savaş gemisi belirdi. Durumu o kadar perişandı ki, gemi zar zor iskeleye yanaştı. takım gittiğinde

kıyıya çıkıp güverteyi aralarında yirmi iki yaşındaki Arago'nun da bulunduğu birkaç ünlü Fransız bilim adamına teslim ettikten sonra, geminin yıldırım çarpmasıyla yok olduğu ortaya çıktı. Komisyon üyeleri yanmış direkleri ve üst yapıları görünce başlarını sallayarak gemiyi incelerken, Arago aceleyle pusulalara gitti ve orada yaklaşık olarak beklediğini gördü: pusula iğneleri farklı yönlere işaret ediyordu ...

Bir yıl sonra, birkaç gün önce bir Ceneviz gemisi olan (Cezayir kıyılarındaki kayalara çarpmıştı) kaza yapan Arago, pusula iğnelerinin manyetikliğinin giderildiğini bir kez daha buldu. Sisli güney gecesinin zifiri karanlığında, gemiyi tehlikeli yerlerden uzağa, pusula üzerinde kuzeye yönlendiren kaptan, aslında büyük bir özenle kaçınmaya çalıştığı şeye karşı karşı konulamaz bir şekilde ilerliyordu. Gemi güneye, doğruca kayaların üzerine gidiyordu, yıldırımın çarptığı manyetik pusulaya aldanmıştı...

Bütün bunlar, ilk bakışta, önemsiz ve ilgisiz gerçekler, Arago boşuna değil. Yıldırım dev bir elektrik kıvılcımıdır! Şimdi böyle bir ifadenin sansasyonelliğini hissetmek bizim için zor, ancak o zamanlar sadece bilim adamları değil, birçok sıradan insan Franklin'in keşfini coşkuyla karşıladı: bu, yeni "şans eseri" - her fırsatta keşifler - alanının yolunu açtı. Yıldırımın manyetizma ile bağlantısına tanıklık eden birçok gerçek toplayan Arago, yeni bir keşfin eşiğinde olduğunu hissetti.

Sevinç ve sıkıntı - bunlar belki de uzun süredir kendisine verilmeyen bir sorunun çözümünü, Oersted'in bulduğu çözümü öğrendiğinde yaşadığı duygulardır.

Bilim tarihçileri, mutlu bir tesadüfün neredeyse klasik bir örneği haline gelen bu garip keşfin koşulları hakkında uzun süre cehalet ve şaşkınlık içinde kalabilirler.

Açılış tarihi bile belli değil. Bazı araştırmacılar bunu 1819'a, diğerleri 1820'ye atfediyor. Hatta bazıları Oersted'in yazarlığından şüphe ediyor. Gerçekten de, keşfin koşulları yanlış anlamalar için bir fırsat sunuyor. 15 Şubat 1820'de, zaten emekli bir profesör olan Oersted, öğrencilere fizik dersleri verdi. Laboratuvar masasının üzerinde bir volta sütunu, onu kapatan bir tel, kıskaçlar ve bir pusula vardı. Oersted devreyi kapattığı sırada pusula iğnesi irkildi ve tele doğru döndü. Bu, elektrik ve manyetizma arasındaki bağlantının ilk doğrudan teyidiydi. Bu, tüm Avrupalı ​​ve Amerikalı fizikçilerin uzun zamandır aradığı şeydi. Sorunun çözümü şaşırtıcı derecede basitti.

Görünüşe göre her şey açık. Oersted, öğrencilere heterojen fenomenlerin evrensel bağlantısı hakkındaki eski fikrinin bir başka teyidini gösterdi. Ama neden şüpheler ortaya çıkıyor, neden daha sonra bu olay etrafında bu kadar çok hararetli tartışma alevlendi? Gerçek şu ki, daha sonra derse katılan öğrenciler tamamen farklı bir şey anlattılar. Onlara göre Oersted, derste elektriğin sadece teli ısıtmak için ilginç bir özelliğini göstermek istedi ve pusula tamamen tesadüfen masanın üzerine çıktı. Ve pusulanın bu telin yanında olduğunu beyan etmeleri bir tesadüftü ve onlara göre, şans eseri, keskin görüşlü öğrencilerden biri dönüş okuna dikkat çekti ve onlara göre profesörün şaşkınlığı gerçekti. Oersted'in kendisi daha sonraki eserlerinde şunları yazdı: "Dinleyiciler arasında bulunanların tümü tanıktır. deneyin sonucunu daha önce duyurmuştum. Bu nedenle, Profesör Hilbert, keşfi ilk duyurduğumda kullandığım ifadelerden bir sonuç çıkarmak istediği gibi, keşif bir tesadüf değildi.

Ders deneyindeki pusula iğnesinin sapmasının çok önemsiz olduğu söylenmelidir ve bu nedenle Temmuz 1820'de Oersted, daha güçlü piller kullanarak deneyi tekrarladı. Etki çok daha güçlüydü ve pil kontaklarını kapattığı tel ne kadar kalınsa o kadar güçlüydü. (Telin çapı ne kadar büyük olursa direnci o kadar düşük olur ve bu nedenle kısa devre akımı o kadar büyük olur.) Ek olarak, Newton'un etki ve tepki hakkındaki fikirlerine uymayan garip bir şey buldu. Kendi deyimiyle "elektrik akımının manyetik etkisi dairesel bir harekete sahiptir."

Bilim adamını ne şaşırttı? Neden dört sayfalık broşüründe tanıkları dikkatlice sıralıyor ve onların kıyafetlerinden bahsetmeyi unutmuyor? Bunlar arasında “Lauritz Esmarch önde gelen bir bilim insanıdır; Adalet Bakanı, değerli bir adam Vleykel - Danimarka Nişanı sahibi; doğa bilimlerine olan aşinalığı ulusal çapta üne sahip olan yüksek rütbeli Gauk; Reinhard, doğa tarihi profesörü; tıp profesörü Jacobson, deney yapma konusunda en yüksek beceriye sahip bir adam; en tecrübeli kimyager Zeise, Felsefe Doktoru...”

Gerçek şu ki, deneyi yorumlayan Oersted, derin bir düşünce yerleştirdi - elektromanyetik fenomenlerin girdap doğası fikri. Bir girdabı, hortumu, sarmalı çağrıştıran “girdap benzeri” süreç uzun süre taraftar bulmadı ve Faraday bile ilk başta bu fikre sıcak bakmadı. Uzun bir süre, akım ve manyetik iğneli iletkenler arasında hareket eden kuvvetlerin, Newton yasalarına uyan çekim ve itme kuvvetleri olduğuna ikna olmuştu.

Oersted'in deneyimi, yalnızca elektrik ve manyetizma arasındaki bağlantıyı kanıtlamakla kalmadı. Oersted'in broşüründe tanıkları listelemesi boşuna değil. Ona ifşa edilen, Newton yasalarının çerçevesine uymayan ve üçüncüsünü doğrudan ihlal eden yeni bir gizemdi: tedirgin edici kuvvetin yönleri - elektrik (telin yönü ile belirlenir) ve reaksiyon kuvveti - manyetizma (manyetik iğnenin yönü ile belirlenir), Oersted'e dikti .  Oersted'in laboratuvar masasının etrafına toplanmış olan bilim adamları, ilk kez, "etki" yönüne zıt olmayan bir "tepki" gördüler.

Oersted'in broşürü 21 Temmuz 1820'de yayınlandı. Kesin tarihi belirtmemiz tesadüf değil. Diğer olaylar, o zamanlar yavaş olan bilim için çok alışılmadık bir hızda gelişti. Birkaç gün sonra broşür, o sırada Arago'nun ziyaret ettiği Cenevre'de yayınlandı. Oersted'in deneyi ile ilk tanışması, kendisinin ve diğer pek çok kişinin mücadele ettiği sorunun yanıtını bulduğunu ona gösterdi. Deneylerin izlenimi o kadar büyüktü ki, gösteride bulunanlardan biri ayağa kalktı ve daha sonra meşhur olan şu ifadeyi heyecanla dile getirdi: "Beyler, bir devrim var ..."

Arago şok içinde Paris'e döner. Döner dönmez katıldığı Akademi'nin 4 Eylül 1820'deki ilk toplantısında Oersted'in deneyleri hakkında sözlü bir rapor hazırlar. Kayıt defterinin kayıtsız eliyle akademik dergiye yazılan notlar, akademisyenlerin Arago'yu bir sonraki toplantıda, 11 Eylül'de, yani bir hafta içinde herkese Oersted'in deneyimini sunduğunu gösterin.

Arago'nun mesajı, birdenbire sararan Akademisyen Ampère tarafından da dinlendi. O an, tüm dünyanın karşısında Oersted'in elinden keşif sopasını alma zamanının geldiğini hissetmiş olmalı. Uzun zamandır bu saati bekliyordu, yaşlanmayı, genç bir adamdan saygın bir profesöre dönüşmeyi başardı. Ve sonra saat geldi - 4 Eylül 1820'de Ampère harekete geçmesi gerektiğini anladı. İki hafta sonra elektrodinamiğin doğuşunu duyurdu.

Keşiften sonra, Oersted'e bir bereketten sanki onur yağdı: Londra Kraliyet Cemiyeti ve Fransa Akademisi de dahil olmak üzere en yetkili bilimsel toplulukların çoğuna üye seçildi, İngilizler ona Copley madalyası verdi ve Fransa'dan, bir zamanlar Napolyon tarafından elektrik alanındaki en büyük keşiflerin yazarları olarak atanan, uzun süredir hak ettiği 3000 altın franklık bir ödül aldı.

Tüm bu onurları kabul eden Oersted, yeni yüzyılın öğrenmeye yeni bir yaklaşım gerektirdiğini asla unutmadı. Bilimsel arayışları teşvik etmek için Danimarka'da bir topluluk kurdu. Oersted'in Avrupa'daki ününden gurur duyan Kral VI. Aynı yıllarda Oersted bir edebiyat dergisi düzenledi, kadınlar için eğitici dersler okudu, adaşı, geleceğin büyük yazarı Hans Christian Andersen "küçük Hans Christian" ı korudu. Bilim ve edebiyat dersleri verdiği Almanca, Fransızca, İngilizce, Latince'de zekice ustalaşan düzinelerce yurtdışı gezisi yapıyor. Oersted ulusal bir kahraman olur.

9 Mart 1851'de öldü. Gece gömüldü. Meşalelerle yolu aydınlatan iki yüz bin kişilik bir kalabalık, kahramanlarına son yolculuğunda eşlik etti. Anısına özel bestelenmiş yas ezgileri seslendirildi. Akademisyenler, hükümet yetkilileri, kraliyet ailesinin üyeleri, diplomatlar, öğrenciler, vatandaşlar onun ölümünü kişisel bir kayıp olarak kabul ettiler. Birçok şey için ona minnettardılar. Ve en azından dünyaya yeni sırlar verdiği için.

demir alır

"asistan"

18. yüzyıla kadar "mıknatıs" ve "demir" kelimeleri eşanlamlıydı. Sonra elektrik akımı kendinden emin bir şekilde öne çıktı, duruma hakim oldu. Demir ne olacak? Zaten "yumuşak" ve "sert" değil, bir tür manyetik alan yükselticisine dönüştü ve onu yüzlerce kat artırdı!

Çok az insan fark etti, ancak XIX yüzyılın 20'li yıllarında bilim adamlarının laboratuvarlarında demirden demire akımla gerçekten radikal bir devrim gerçekleşti.

Oersted'in broşürünün yayınlanmasından sonra, birçok kişi elektromanyetizma sorunlarıyla ilgilenmeye başladı: Aynı 1820'de Arago, demir talaşlarıyla kaplı akım taşıyan bir tel gösterdi ve Ampere, akım taşıyan bir bobinin - bir solenoid - küçük demir nesneleri çeken doğal bir mıknatısın tüm özelliklerine sahip olduğunu kanıtladı.

İlk elektromıknatısa gelince, yani. akımla aerodinamik hale getirilmiş ve içinde bir demir çekirdek bulunan bobin, daha sonra icadı beş yıl daha beklemek zorunda kaldı. Bu cihaz William Sturgeon tarafından oluşturuldu.

1783'te Lancaster'da bir kunduracı ailesinde doğdu. Baba, aileye en ufak bir ilgi göstermedi; hayattan zevk aldı, balık tuttu ve horoz dövüşlerini çok seven biri olarak biliniyordu. Genç William, bir ayakkabıcının zanaatını öğrenmek için gönderildi ve görünüşe göre onu siyah bir vücutta tuttu. William açlıktan ölüyordu ve bu nedenle, fırsat çıkar çıkmaz kunduracıdan askeri birliğe kaçtı. O sırada on dokuz yaşındaydı. İki yıl sonra William topçu rütbesine yükseldi, çok okudu, fiziksel ve kimyasal deneyler yaptı.

Bir keresinde, bir kısmı Newfoundland adasında konuşlandırıldığında, şimşek ve gök gürültüsü eşliğinde korkunç bir kasırga geldi. Kasırga, William üzerinde beklenmedik bir şekilde güçlü bir etki bıraktı ve dikkatini elektriğe çekti. Doğa bilimleri üzerine kitaplar okumaya başladı, ancak kısa süre sonra bu kitaplardan hiçbir şey anlamadığını acı bir şekilde fark etti. Sonra en baştan başlamaya karar verdi ve yazmaya, okumaya ve dilbilgisine başladı. Aynı birimin çavuşu ona kitaplar sağladı.

saatinden kurtulan William geceleri okudu. Kısa süre sonra matematiğe, ölü ve yeni dillere, optik ve doğa bilimlerine geçti. Boş zamanlarındaki tutkusu saatleri tamir etmek ve resim yapmaktı.

1820'de askerlik hizmetinden serbest bırakıldıktan sonra, Sturgeon bir torna tezgahı satın aldı ve kendisini özellikle elektrikli olanlar olmak üzere fiziksel aletlerin imalatına adadı. O zamanlar ünlü kimyager James Marsh'ın desteğiyle, 1838'e kadar öğretmenlik yaptığı Addiscombe'daki East India Company'nin Askeri Akademisi'ne öğretim görevlisi olarak atandı.

Sturgeon'un bilime ilk katkısı, 1823'te Philosophical Journal'da anlatılan, Ampère'nin dönen silindirlerinin değiştirilmiş bir modelini geliştirmesiydi. Ertesi yıl termoelektrik üzerine dört makale yazdı ve 23 Mayıs 1825'te Society of Arts'a elektromanyetik deneyler için geliştirilmiş birkaç araç sundu; bunların arasında, içinden akımın geçtiği tel bobinlerle çevrili bir demir çekirdek olan, şimdilerde ünlü olan ilk elektromıknatıs da vardı. Silindirik ve at nalı şeklindeki mıknatıslar fikri onu 1823 gibi erken bir tarihte ele geçirdi. Sonra Sturgeon dönen bir "Sturgeon çarkı" yaptı - aslında elektrik motorunun ilk modifikasyonlarından biri.

Sturgeon, hakkında birkaç makale yazdığı bir dizi çok önemli keşif yaptı, ancak amaçlanan Philosophical Journal bunları yayınlamayı reddetti ve Sturgeon'un kendi dergisi Annals of Electricity'yi yaratmaktan başka seçeneği yoktu.

Sturgeon'un 1840'ta yöneticisi olduğu Manchester Bilim Müzesi kârlı olamayacak kadar bilimseldi ve Sturgeon yoksulluk içinde yaşıyordu. 1850'de, büyük icadının ödülü olarak ne servet ne de ün alamadan öldü.

Sturgeon'un öğrencisi, ünlü İngiliz fizikçi James Preecott Joule, Sturgeon'un uzun boylu ve iyi yapılı olduğunu, asil bir görünüme ve hoş tavırlara sahip olduğunu yazdı. Ne yazık ki portresi korunmadı. Mezar taşında şöyle yazılıdır: "Elektromıknatısın mucidi burada yatıyor..."

Sturgeon tarafından 23 Mayıs 1825'te Sanat Cemiyeti'ne gösterilen dünyanın ilk elektromıknatısı, 30 cm uzunluğunda ve 1,3 cm çapında, üzerinde tek bir yalıtımlı bakır tel tabakası bulunan at nalı şeklinde lake demir çubuktu. Bir galvanik pilden (voltaik sütun) elektrikle besleniyordu. Elektromıknatıs 3600 g ağırlığa sahipti ve aynı kütleye sahip doğal mıknatıslardan önemli ölçüde daha güçlüydü. O zamanlar için parlak bir başarıydı.

Sturgeon'un kendisi, sert demiri yumuşak demirle değiştirme fikrini özellikle takdir etti. Bilim adamı, "manyetizma", "manyetik enerji", "manyetik malzemenin homojenliği", "demir tavlaması" vb. kavramları özgürce işledi.

Dernek yönetim kurulu, Sturgeon'un esasını takdir etti. Madalya ve para ödülü aldı ve ilk elektromıknatıs derneğin müzesinde sergilendi.

İlk Sturgeon mıknatısını deneyen Joule, kaldırma kuvvetini 20 kg'a çıkarmayı başardı. Bu 1825'te de oldu.

1828'de Londralı saatçi Watkins, 30 kg kaldırabilen bir elektromıknatıs yaptı.

Aynı zamanda Utrecht'ten Profesör Moll, Watkins'in tasarımını temel alarak "60 kg'lık bir örsü kaldıran ve 80 kg'lık bir örsü kaldırmayan" bir mıknatıs yaptı.

1832'de Sturgeon 160 kg kaldırabilen bir mıknatıs yaptı, ancak aynı yıl Marsh 200 kg'dan fazla kaldırabilen bir mıknatıs yarattı. Ancak Sturgeon şampiyonluğu kaybetmeyecekti. Onun emriyle, 1840 yılında, halihazırda 550 kg kaldırabilen bir elektromıknatıs yapıldı!

O zamana kadar Sturgeon, okyanusun ötesinde çok güçlü bir rakip bulmuştu. Nisan 1831'de Yale Üniversitesi profesörü Joseph Henry (endüktans birimine onun adı verilmiştir) yaklaşık 1 ton kaldıran yaklaşık 300 kg ağırlığında bir elektromıknatıs yaptı.

Tüm bu mıknatıslar, tele sarılmış at nalı şeklindeki çubuklardı. Kasım 1840'ta Joule, eksen boyunca kesilmiş kalın bir çelik boru şeklinde kendi tasarımı olan bir mıknatıs yarattı. Bu mıknatısın kesiti çok büyüktü, mıknatısın kompakt olduğu ve 1,3 ton kaldırdığı ortaya çıktı Aynı zamanda, Joule tamamen yeni bir tasarıma sahip bir mıknatıs yaptı - çekilen yük, her zamanki gibi iki kutup değil, çok daha büyük bir sayı, bu da kaldırılan yükü keskin bir şekilde artırmayı mümkün kıldı. 5,5 kg ağırlığındaki bir mıknatıs, 1,2 ton ağırlığında bir yük taşıyordu.

O zamanlar elektromıknatıs yaratmanın ne kadar zor olduğunu hayal etmek artık zor. Ne de olsa, Ohm yasası bile o zamanlar mühendisler tarafından bilinmiyordu.

Almanca öğretmeni Georg Simon Om tezini, yasanın ilk formüle edildiği ve onsuz hiçbir elektriksel hesaplamanın mümkün olmadığı Berlin Üniversitesi rektörünün masasına koyduğunda çok sert bir azar aldı. Elektrik, herhangi bir matematiksel açıklamaya uygun değildir, çünkü "elektrik, kendi öfkesidir, kendi bedenine olan öfkesidir, sinirlendiğinde her bedende kendini gösteren kızgın benliğidir." Georg Wilhelm Friedrich Hegel o yıllarda Berlin Üniversitesi'nin rektörüydü.

İlk mıknatıslar "Tanrı'nın ruha koyduğu gibi" yapıldı. Ancak, her form iyi bir sonuç vermedi. Şans eseri, Sturgeon ilk mıknatısı için çok başarılı bir at nalı şekli seçti (at nalı mıknatısları hala yapılıyor). Mıknatısları hesaplamak için deneyim eksikliği ve temel yöntemler, o sırada önerilen bazı mıknatıs çeşitlerinin bize göre saçma olmasına yol açtı. Bu nedenle, üç ayaklı bir mıknatıs başarılı bir şekilde çalışamaz, çünkü her bir çubuğun manyetik akıları birbirine karşı koyacaktır ־־־ bir çubuğun akışı, bu çubuğun akışına karşı hareket ettiği ikinci çubuk üzerinde kapalıydı.

Modern görünümde uygun olmayan, aynı zamanda çok sık kullanılan bir tasarımdır, bir mıknatıs üç küçük mıknatıstan oluşur ve ayrı ayrı sarılır. Bu küçük mıknatıslar arasındaki boşluklarda, bitişik iki çubuğun manyetik alanlarının birbirini götürdüğü açıktır.

O dönemin laboratuvar mıknatısları "gözle" yapıldı. Mıknatısların özelliklerini önceden tahmin edebilecek hiçbir teori yoktu. Elektromıknatısların hesaplanması teorisine ilk katkı, bir elektromıknatısın kaldırma kuvveti ile bobinlerdeki mevcut gücün ürünü ve sargının dönüş sayısı arasındaki ilişkiye dikkat çeken Rus bilim adamları E. Kh. Lenz ve B. S. Jacobi tarafından yapılmıştır.

Lenz ve Jacobi'den sonra İngiliz Hopkinson kardeşler, mıknatıs tasarımcıları tarafından uzun süredir fark edilen ve belirli bir şekle sahip bir mıknatısta belirli bir sınırdan sonra bobinlerdeki akımı artırarak kaldırma kuvvetini artırmanın imkansız olduğu gerçeğinden oluşan doygunluğu hesaba katmak için bir yöntem öneren mıknatıs hesaplama teorisine büyük katkı sağladılar. Modern teori, bu fenomeni, belirli bir mıknatıslama akımına ulaşıldığında, daha önce rastgele yerleştirilmiş olan demirin (ferromanyet) temel mıknatıslarının (dipollerinin) esas olarak bir yöne yönlendirildiği ve mıknatıslama akımında daha fazla bir artışla, bir yöne yönlendirilmiş mıknatıs sayısında önemli bir artış olmadığı gerçeğiyle ilişkilendirir. Çeliğin doygunluğu, ilk mıknatısların manyetik alan indüksiyonunun 2 T'yi geçmemesine yol açtı.

Mıknatısların gücünü boyutlarını büyüterek değil, şekillerini iyileştirerek ve doygunlukla mücadele ederek artırmak için yeni bir dönem başladı.

Bu mücadelenin çok başarılı olduğu söylenemez. Fizikçilerin inatçı "doymuş" çelikle bu gergin savaşının neredeyse iki yüz yılı boyunca, mıknatıslardaki manyetik alan endüksiyonu yalnızca iki buçuk kat arttı. Birçok önde gelen fizikçi ve elektrik mühendisi bu problem üzerinde çalıştı.

Fizikçiler doğaya ne karşı çıkabilir? Sadece çok doğru muhasebe ve malzemelerin doğal özelliklerinin tam kullanımı. Ve şimdi kısa konik kutuplu mıknatıslar, masif çelik manyetik çekirdekler ve devasa bobinler var.

Mıknatısların kütlesi hızla artıyor - şimdi daha büyük ölçüde bobinler nedeniyle. 1881'de dünyanın en büyük laboratuvar mıknatısı yaklaşık 1 ton ağırlığındaysa, 1930'da zaten yaklaşık 120 tondu.

İlk işaret "5 Tl", 1903'te Glasgow'da Profesör Gray'in mıknatısı tarafından geçildi. Konik direklere yakınlaştırdığı güçlü bobinleri kullanarak bunu başarmıştır.

1914'te Fransız bilim adamı Perrault tarafından ilginç bir fikir dile getirildi: Kutuplarda bulunan iki sıradan bobine ek olarak, makinelerin çalışma alanını kaplayan üçüncüsünü kullanmayı önerdi. Perrault mıknatısının manyetik alan endüksiyonu 5,1 T'ye ulaştı. 1914'te, Paris Doğa Tarihi Müzesi'ndeki Profesör Becquerel (genç), manyetik alan indüksiyonu 5,5 T'ye yükselen bir mıknatıs yarattı, o zamanın diğer en güçlü üç mıknatısı - Zürih'te Weiss, Bonn'da Kaiser ve ABD'de Ames - 4,5 T seviyesinde çalıştı.

Becquerel tarafından 5.5 T'lik bir alan indüksiyonuna sahip bir mıknatısın yaratılmasının, dünyanın dört bir yanındaki fizikçiler tarafından büyük bir sansasyon olarak algılandığına dikkat edilmelidir. Gazeteler bu elektromıknatıs hakkında "dev", "en güçlü" diye yazdı. Manyetik alanın indüksiyonunda yalnızca %10'luk bir artış, çok fazla çalışma ve hileye mal oldu. Bununla birlikte, en önemli şey, mıknatıs kutuplarının imalatı için yeni bir malzemenin kullanılmış olmasıydı - daha önce kullanılan malzemelerden yüzde birkaç daha yüksek bir indüksiyonla doyurulmuş bir demir ve kobalt alaşımı. 22 kW güç tüketen elektromıknatıs, kutuplar arası boşlukta manyetik indüksiyonu 5,5 T olan bir alan yarattı. Ferrokobalt uçlar demir olanlarla değiştirildiğinde alan indüksiyonu 5,2 T'ye düştü.

Kutuplar arasındaki mesafe 2 mm ve kullanılabilir hacim 14 mm3 (  yani yalnızca küçük bir numunenin yerleştirilebileceği hacim) ise, manyetik alan indüksiyonu 5,9 T'ye ulaştı. Yararlı hacim 0,5 mm3'e düşürüldüğünde  (aslında kutuplar temas halindeydi), alan indüksiyonu 6,5 T'ye yükseldi. Elektromıknatısın sargısı, içinden akımın aktığı bin tur bakır borudan ve boşluk - soğutma suyundan oluşuyordu. Mıknatıs o kadar iyi soğudu ki günün her saati çalışabilirdi. Yapay soğutmaya sahip olmayan diğer mıknatıslar, güçlü ısınma nedeniyle arka arkaya 2 saatten fazla çalışamadı.

Becquerel, Zeeman etkisi teorisindeki bazı belirsizlikleri açıklığa kavuşturmak için bu mıknatısı kullanmak istedi. Becquerel, "Bu fenomende anlaşılmaz başka bir şey olduğu iyi biliniyor - bu "bir şey", cihazlarımızın uyanık olmamasından kaynaklanıyor" dedi. Güçlü yeni bir mıknatısın yardımıyla Becquerel, teorinin belirsiz kısımlarını daha belirgin hale getirmek için bu "uyanıklığı" artırmak istedi.

Tüm fizikçiler fazladan 0,5 T elde etmenin ne kadar zor olduğunu görebiliyordu, yine de bazıları tüm sorunun mıknatısın maliyeti ve boyutunda olduğuna inanıyordu. Devasa bir mıknatıs yapın, ona çok para yatırın - ve keyfi olarak büyük bir manyetik alan elde edebilirsiniz.

Önümüzdeki yıllarda çok daha büyük, belki de 100 T'lik bir elektromıknatısın inşa edileceği umudu, 1914'teki Uluslararası Elektrikçiler Kongresi'nde Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu yöneticisi Guillaume ve Sorbonne'da fizik profesörü Perrin tarafından dile getirildi. Bir elektromıknatısın maliyetinin güçlü bir dretnete (12-14 milyon dolar) eşit olacağına ve yaratılmasının birkaç yıl alacağına inanıyorlardı.

Ancak böyle bir fiyata bile elektromıknatısların indüksiyon alanını 100 T'ye veya başka bir ölçüm sisteminin (CGS) birimlerinde aynı olan 1 milyon gauss'a çıkarmak mümkün olmayacaktır. Şimdi bile, böyle durağan bir alan, fizikçilerin ulaşılamaz bir hayalidir. Ve malzemelerin manyetik doygunluğu bunun için suçlanacak en az şey değil.

Geçen yüzyılın 30'larında, Paris yakınlarındaki Belle-Vie'de, daha önce yapılmış tüm laboratuvar mıknatıslarının en büyüğü faaliyete geçti. Bu mıknatıs, manyetizmayı incelemek için Fransız Bilimler Akademisi tarafından yaratıldı. Devasa kütleye ek olarak, çelikten biraz daha yüksek doygunluk indüksiyonuna sahip olan özel bir alaşımdan - permendur - yapılmış kutup parçalarına sahipti. Bu da geniş bir alana ulaşmayı mümkün kıldı. Ancak mevcut güç ile dönüş sayısının çarpımı 500 bin A olduğunda sadece 5,2 T idi. Mıknatısın uzunluğu 630 cm, yüksekliği 275 cm ve ağırlığı 120 tondu.

1934'te İsveç'in Uppsala kentindeki üniversitede yeni ve güçlü bir mıknatıs faaliyete geçti. Direklerinin çok daha fazla konik olması ve bobinlerin ve direğin kendisinin daha düşük bir yüksekliğe sahip olması Fransız olandan farklıydı. Dreyfus tarafından tasarlanan bu elektromıknatısın Fransızlardan çok daha etkili olduğu ortaya çıktı. Sadece 30 ton ağırlığındaydı, ancak onun yardımıyla aynı hacimde yaklaşık 5,8 T'lik bir alan elde etmek mümkün oldu. Bu mıknatısta kutuplar 60 tondan fazla bir kuvvetle çekildi.

O zamandan beri birçok güçlü elektromıknatıs üretildi, ancak Paris ve Uppsala elektromıknatısları bugüne kadar şampiyon olmaya devam ediyor - birincisi kütle, ikincisi verimlilik açısından.

Artık neredeyse her fiziksel laboratuvarda bir elektromıknatıs vardır: mıknatıslar, güçlü alanlarda maddelerin özelliklerini incelemek, yeni malzemeleri test etmek, modern benzersiz ölçüm cihazlarında, kuantum elektroniğinde, atomik parçacıkların etkileşimi çalışmasında, tıbbi ve biyolojik araştırmalar için kullanılır. Boyut olarak çarpıcı değiller ama onların yardımıyla araştırma için gerekli olan oldukça önemli bir hacimde 4-5 T'lik bir alan elde etmek mümkün.

Hiç inşa edilmemiş en etkileyici ve sıra dışı araştırma elektromıknatısı, ünlü Amerikalı mucit Thomas Alva Edison tarafından önerildi. Geçen yüzyılın 90'larının başında, Güneş'teki elektromanyetik süreçleri kaydedecek güçlü bir alıcı yaratmayı önerdi. Proje şu şekildeydi. New Jersey, Ogden şehrinde, kütlesi en az 100 milyon ton olan manyetik demir cevherinden yapılmış sarp bir kaya var.Bu kaya, devasa bir elektromıknatısın dev çekirdeği rolünü oynayacak şekilde büyük miktarda telle sarılırsa, bu sargının yardımıyla, büyük endüktansı nedeniyle, Güneş'in manyetik durumundaki değişimi izlemek mümkün olacaktır.

Şu anda, elbette, kozmik cisimlerin manyetik alanı için böyle bir sensöre ihtiyaç yoktur. Güneş'teki elektromanyetik süreçler, radyo teleskopları ve diğer araçların yardımıyla iyi bir şekilde incelenebilir, ancak hantal, ancak yine de manyetik bir kayadan birkaç bin kat daha hafif ve daha kullanışlıdır. Ancak, zamanına göre, Edison'un fikri şaşırtıcı derecede cesur ve yenilikçiydi.

Kapita:

"Kısalık, başarının kız kardeşidir"

Bir elektromıknatıs, sargı etrafında akan akımı artırarak yanmadan aşırı yüklenebilir, ancak yalnızca kısa bir süre için. Afterburner, süper güçlü alanlara ulaşma yolundaki son yedektir, bu nedenle manyetik kayıtlar genellikle dürtü sistemlerinin yaratıcılarına aittir.

Bu yön, elektrikli balıklarla ilgilenmeye başlayan ve vahşi yaşama benzer bir şey inşa etmeye çalışan Volt'tan geliyor. Nil yayın balığının zayıf olduğu ortaya çıktı, dev bir elektrikli vatoz olan Torpido balığı çok daha iyi. 50-60 V'luk bir voltajla deşarj oluşturarak suya giren bir buzağıyı öldürebilir, Amazon elektrikli yılan balığı 500 V'a kadar voltajla bir dürtü oluşturur.

Volta'dan önce, camı yünle ovmak, bir Leyden kavanozu ve turmalini ısıtmak gibi elektrik üretmenin bu tür yöntemleri zaten biliniyordu. Volta, sıvıları kaynatarak ve kimyasal reaksiyonlarla elektriklendirmeyi kendisi öğrendi, ardından iki farklı metali yakıcı bir sıvıya indirerek bir voltaik sütun inşa etti, ancak mucit tasarımına balık şeklini vermesine rağmen bu kaynağın Torpido ile hiçbir ilgisi yoktu.

Sonra Faraday yılan balığının elektrik şokunun doğasını ele aldı. 6 Aralık 1838'de deneylerin sonuçlarını Royal Society'ye bildirdi. Faraday, bir ucu balığa değen iki metal elektrot kullandı ve diğerine bakır iletkenler bağlandı. Sırayla, küçük bir solenoide - içine bir demir telin yerleştirildiği bir tel spiral - bağlandılar. Yılanın boşalması sırasında solenoid, teli mıknatıslayan nispeten güçlü bir manyetik alan yarattı. Faraday, telin manyetik kutuplarının konumuna göre balığın voltajının kutupsallığını belirledi. Bu deney uzun süredir fizik tarihinde egzotik bir bölüm olarak kaldı. Olağanüstü Sovyet fizikçi Akademisyen P. L. Kapitsa, darbeli manyetik alanları ciddi bir şekilde incelemeye başlamasından sadece yıllar sonraydı.

Pyotr Leonidovich Kapitsa, 1894'te Kronstadt'ta doğdu. Petrograd Politeknik Enstitüsü'nden mezun oldu ve 1921'de ilk Sovyet bilimsel ve endüstriyel heyetinin bir parçası olarak Londra'ya gönderildi. Petr Leonidovich o zamanlar İngiltere'de uzun süre yaşayacağını, orada kendi okulunu kuracağını ve mütevazı bir yardımcı doçentten dünyaca ünlü bir bilim adamına dönüşeceğini hayal bile etmemişti. Heyetin diğer bir üyesi, ünlü fizikçi A.F. Ioffe, tüm bunlarda büyük rol oynadı. Ünlü fizikçi E. Rutherford'un laboratuvarında bir yer istemek için Kapitsa'yı Cambridge'e gönderen oydu. Ancak Rutherford tereddüt etti: Parlak bir nükleer laboratuvar olmasına rağmen, 30 kursiyer zaten onun "mühür ipinde" çalışıyordu. Kapitsa'nın daha sonra şunları söylediği söyleniyor: “30 ve 31 yaklaşık %3 farklılık gösteriyor; Her zaman kölece ölçüm doğruluğuna karşı uyarıda bulunduğunuz için, böyle bir yüzde üç fark sizin tarafınızdan hiç fark edilmeyecektir. Bu versiyonun doğru olup olmadığını söylemek zor, ancak Kapitsa öyle ya da böyle Rutherford'da kaldı ("kırmızı propaganda" yapmaması şartıyla) ve kısa süre sonra İngilizceyi iyi bilmeyen mütevazı stajyer, Rutherford'a yakın, kendi laboratuvarı olan bir kişi oldu. Faraday'ın ardından Kapitsa, darbeli manyetik alanlara döndü ve onları benzeri görülmemiş bir güce getirmeyi planladı.

İşte genç bir Sovyet fizikçisinin Cambridge'deki Rutherford'un Cavendish laboratuvarındaki yükselişinin hikayesi, annesi OI Kapitsa'ya yazdığı mektuplarda kendisi tarafından anlatılıyor.

“12 Ağustos 21.

...Dün ilk kez Profesör Rutherford ile bilimsel bir konuda sohbet ettim. Çok nazikti: beni odasına götürdü, enstrümanları gösterdi. Bazen kaba olsa da, bu adamda kesinlikle çekici bir şeyler var.

1 Kasım 21st.

... Deneylerimin başarılı bir şekilde sonuçlanması için şimdiden umut verdiğim sonuçlar. Asistanının bana söylediği gibi Rutherford memnun. Bana karşı tutumunu etkiler. Benimle tanıştığında her zaman hoş geldiniz sözleri söyler. davet edildi

sadece üç eğri çizgi! Timsah bu üç eğri çizgiden çok memnun. Doğru, bu işin sadece başlangıcı, ancak bu ilk fotoğraftan, daha önce hiç şüphelenilmeyen veya dolaylı gerçeklerden tahmin edilen bir dizi sonuç çıkarılabilir. Üç eğri çizgiye bakmak için odama - laboratuvara - birçok insan geldi, insanlar onlara hayran kaldı ... "

4 Aralık 1922.

Bu günlerde doğum günü çocuğu gibiydim, ayın 2'si Cumartesi günü prof ile bir resepsiyon aldım. Hollandalı fizikçi Zeeman'ın gelişi vesilesiyle J. Thomson. Elbette smokin giymek gerekiyordu. Zeeman ile konuştum ve bana yaklaşık olarak öyle sunuldu ki, diyorlar ki, imkansız (çözülecek) kabul edilen bu tür sorunları çözen böyle bir fizikçi. Ve bu generaller beni 20 dakika kadar dövdüler, ta ki bir köşeye çekilinceye kadar... Bugün Zeeman ve Lord Rayleigh (oğlu) laboratuvarımdaydılar ve çalışmalarıma baktılar...”

15 Haziran 1923.

Dün doktoraya başladım... Bu an bana o kadar pahalıya mal oldu ki neredeyse pantolonsuzum. Neyse ki Crocodile bana borç verdi ve ben de gidip dinlenebilirim ... "

Kapitsa, 43 bin Oe'ye (4,3 T) kadar manyetik alanlarda bir dizi deney yaptıktan sonra, ölçümleri daha güçlü alanlara genişletmeye karar verdi. Bunu yapmak için, alanı bir öncekini yaklaşık 10 kat aşan solenoidler oluşturmak gerekiyordu.

Güçlü alanlar yaratmanın ana zorlukları, bunun çok büyük bir akım kaynağı gerektirmesi ve ayrıca ısıtıldığında solenoidin tahrip olma tehlikesi olmasıdır. Bu sorunları çözmek için Kapitsa, çok kısa bir süre için güçlü manyetik alanlar yaratmayı önerdi; bu sırada gerekli ölçümleri yapmak ve aynı zamanda solenoidin hasar görmesini önlemek hala mümkün.

Herhangi bir sargının termal ataleti olduğu bilinmektedir: çok büyük bir akımın etkisi altında bile anında erime sıcaklığına kadar ısınamaz. Kısa süreli sistemlerde, yüksek akım kaynağı sorunu basitleştirilmiştir. Bu nedenle, böyle bir kaynak olarak, nispeten uzun bir şarj süresinin ardından anında güçlü bir deşarj sağlayabilen cihazları kullanabilirsiniz. Bu tür pek çok cihaz var (Faraday'ın elektrikli yılan balığını hatırlayın). Örneğin, boşaldığında pratik olarak kısa devre modunda çalışan bir kapasitör bankasında depolanan elektrik enerjisinin kullanılması mümkündür. Transformatörün manyetik alanında biriken manyetik enerjiyi kullanabilirsiniz. Kapitsa'nın hesaplamalarına göre, 50 T'lik bir manyetik alan elde etmek için, sekonder sargıda az sayıda dönüşe sahip bir transformatöre ihtiyaç vardır,

P. L. Kapitsa, ünlü İngiliz fizikçi P. M. S. Blackett ile birlikte hemen bir transformatörün manyetik alanını kullanan bir model deneyi gerçekleştirdi. Deney başarısız oldu. Transformatörün birincil devresini mekanik olarak hızlı bir şekilde kırmanın neredeyse imkansız olduğu ortaya çıktı: kırıldığında, bir ark belirir ve mıknatıslanmış demirin enerjisi, ikincil devreye bir çığ gibi düşmek yerine, birincil devreye geri döner ve arkta serbest kalır.

Kapasitörlerin de uygun olmadığı ortaya çıktı, çünkü o zamanlar çok kusurlu ve hantaldılar.

P. L. Kapitsa pillere döndü. Ayrıca kendi kapasitanslarının ve aktif dirençlerinin minimum düzeyde olması gerektiğinden özel olarak tasarlanmaları gerekiyordu. Yeni piller sayesinde kısa devre edildiğinde anında 7 bin A akım ve 1000 kW güç elde etmek mümkün oldu. İç çapı 1 mm olan solenoidlerden birine bir pili boşaltan P. L. Kapitsa, 0,003 s boyunca (solenoid çökene kadar) 50 T'lik bir manyetik alan elde etti. Bu pil ile çeşitli tasarımlara sahip çeşitli solenoidler test edilmiştir. Bakır bantla sarılmış solenoidlerden birinde 13 T'ye kadar bir alanda ölçüm yapmak mümkündü. Bu solenoid, deney süresince sıvı nitrojen içine yerleştirildiğinde, 25 T indüksiyonlu bir manyetik alanda düzenli ölçümler yapmanın mümkün olduğu ortaya çıktı. bu maksimumdu o sırada pillerin yardımıyla elde edildi. Geniş alanlar elde etmek için, sargı 150 ° C'ye (elektrik yalıtımının termal sınırı) kadar ısınana kadar bir süre için 50 bin kW civarında güç sağlaması beklenen başka, daha güçlü bir elektrik kaynağı aramak gerekiyordu. 0,01 saniye içinde

Ocak 1923'te Londra'da P. L. Kapitsa, genç Sovyet mühendisi M. O sırada İngiltere'de çalışan P. Kostenko. Kapitsa gibi Kostenko da elektrik mühendisiydi ve aynı Politeknik Enstitüsünden mezun oldu. Vekore arkadaş oldular. Pyotr Leonidovich, yeni arkadaşları Kostenko eşlerini birlikte Fransa'ya tatile gitmeye davet etti. Fransız vizesi almalarına yardım etti ve birlikte Paris'te Bastille Günü'nü kutladılar.

O zamanlar Kostenko'nun Kapitsa'yı ilgilendirebilecek şeyleri yapması ilginçtir - özellikle bir elektromanyetik çekiç ve bir elektromanyetik tabanca geliştirdi - önemli bir unsuru kısa devre modunda çalışan bir elektrikli makine olan özel elektromekanik sistemler.

Kapitsa'nın deneyleri için çok küçük anlarda büyük akımlara ihtiyaç vardı. Ve kısa devre akımlarını düşünüyordu. Kısa devre koşullarında (elektromanyetik çekiç) çalışan jeneratörlerle zaten çalışmış olan Kostenko, bu amaçla senkron jeneratörlerin ani bir kısa devresi sırasında meydana gelen büyük akım dalgalanmalarının kullanılmasını önerdi. Yeni bir yüksek anlık güç kaynağı olarak, rotorun önceden depolanmış elektromanyetik ve kinetik enerjisini kısa bir süre için kullanmak için yüksek hızlı bir senkron jeneratör almak mümkündü.

Kostenko, gerekli jeneratörün parametrelerini ustaca seçerek, belirli boyutlardaki bir makine ve karşılık gelen manyetik alanlar için mümkün olan maksimum akım dalgalanmalarını elde etti.

Kapitsa, Cavendish Laboratuvarı başkanına proje hakkında bilgi verdi. Profesör Rutherford, deney fikrini çok takdir etti ve hatta bir "darbe üreteci" yardımıyla 700 T (!) mertebesinde manyetik alanlar yaratma ve böylece atomun iç alanını etkileyerek ve tüm elektronları tek bir düzlemde dönmeye zorlayarak "atomu düzleştirme" olasılığını önerdi.

Kostenko ve Kapitsa, önerdikleri cihazın ortak yazarları oldular ve 30 Haziran 1926'da İngiliz patentini aldılar. Puls üreteci yapılmış ve büyük bir başarıyla test edilmiştir.

Güçlü bir akım kaynağı olarak P. L. Kapitsa ve M. P. Kostenko, sıradan jeneratörler gibi kısa devre modunda yanmayan, ancak acil durum sonuçları olmadan 50 bin kW güç veren 2 bin kW nominal güce sahip bir elektrik jeneratörü kullanmayı önerdi. Bu jeneratör Metropolitan Vickers firması tarafından M. P. Kostenko, P. L. Kapitsa ve Miles Walker. Jeneratör, pillerden enerji alan özel bir elektrik motoruyla çalıştırıldı.

Jeneratör rotorunun kütlesi 2,5 ton, çapı 50 cm idi Rotorun büyük atalet momenti, özel bir volan olmadan yapmayı mümkün kıldı. Jeneratör, yalnızca kısa bir süre için büyük bir kısa devre akımına ihtiyaç duyulduğu için çok önemli olan alternatif akım sağladı. Jeneratör bir doğru akım sağlayacak olsaydı, o zaman 0,01 s sonra bu muazzam güçteki doğru akımın kapatılması gerekirdi ve bu başlı başına çok zor bir problemdir. Alternatif akım, bildiğiniz gibi, her periyotta iki kez sıfırdan geçer ve akım sıfırı geçtiğinde jeneratörü kapatmak zor değildir. Sadece akımın sıfırdan geçiş anını, kısa devre için jeneratörü açma ve kapatma anlarıyla kesinlikle senkronize etmek gerekir. Bunu yapmak kesinlikle imkansızdır: kapatma anı, sargıdaki akımın henüz sıfır olmadığı zamanla çakışabilir. Bu nedenle, P. L. Kapitsa "her ihtimale karşı" devreyi 0,0001 s'de kapatan 5 bin A'lık bir akım (akım genliği 30 bin A) için bir anahtar tasarlamak zorunda kaldı. Bu anahtarın kendisi gerçek bir mühendislik eseridir.

Muazzam bir jeneratör kısa devre akımına maruz kalan solenoid, kare bakır telden bir bobindi. Sonraki deneylerde, bakırın yerini, biraz artan elektrik direnci ile daha büyük mekanik güce sahip olan kadmiyumlu bir bakır alaşımı aldı. Jeneratör akımı bobinden geçtiğinde, içinde birkaç on tona ulaşan muazzam mekanik kuvvetler gelişti. Bu çabaların sargıyı kırmaması için dıştan kuvvetleri algılayan güçlü bir çelik bantla tutturulmuştur.

Ancak hepsi bu değildi. Güçlü kuvvetlerin etkisi altında, bobin biraz açıldı ve uçları, bobine akımın sağlandığı elektrik girişlerinden koptu. Tüm ana zorlukların üstesinden gelinmiş gibi göründükten sonra, ikincil bir fenomenin bir sonucu olarak bobinden sonra bobin "öldü". "Küçük şeylerin" ortadan kaldırılması birkaç ay sürdü. Sonunda bir çözüm bulundu. Kapitsa, "nefes alabilen" bir sargı yarattı, yani. otomatik olarak genişletin. Temas noktalarından biri hareketli hale getirildi ve birkaç testten sonra kendisi "daha çok sevdiği" pozisyonunu aldı.

Diğer bir ciddi zorluk ise ölçümlerin yapılabildiği sürenin kısalığıydı. Ne de olsa solenoidde manyetik alan sadece 0,01 s vardı ve bu süre zarfında tüm deneylerin başlatılması ve tamamlanması gerekiyordu. Ek olarak, sargısının kısa devre olduğu anda jeneratörün keskin frenlemesi sırasında meydana gelen mikro depremler de işi karmaşıklaştırdı. Jeneratör, titreşime dayanıklı bir yastık üzerinde kayalık bir temel üzerine oturan devasa bir temel üzerine kurulmuş olmasına rağmen, mikro deprem dalgası ölçüm sonuçlarını bozmuştur. Bunun olmasını önlemek için P. L. Kapitsa çok zarif bir çıkış yolu buldu. Solenoidi çalışma nesnesiyle birlikte salonun diğer ucuna, jeneratörden 20 m uzağa yerleştirdi. Belirli bir ortamda ses hızıyla hareket eden bir deprem dalgası 0'da 20 m yol kat etmiştir,

Kısa devre anında, sargıdaki sıcaklık çok güçlü bir şekilde yükselir ve ardından kademeli olarak düşer. Hesaplamalar, bu sıcaklığın Güneş'in sıcaklığından fazla olması gerektiğini gösterdi. Bu, Profesör Eddington'ın şaka yollu bir şekilde şunları söylemesine yol açtı: "P. L. Kapitza ve E. Rutherford'un atomun parçalanması konusundaki çalışmaları, yıldızların derinliklerindeki sıcaklık milyonlarca derece olsa da, bu derinliklerin Cavendish Laboratuvarı'na kıyasla oldukça soğuk bir yer olduğu gerçeğine yol açıyor."

İşte P. L. Kapitsa'nın o sırada Kahire'de bulunan Rutherford'a deneyleri hakkında yazdıkları.

"Cambridge. 17 Aralık 1925

Bu mektubu size Kahire'de, 1 cm çapında ve 4,5 cm yüksekliğinde silindirik bir hacimde 270.000'den fazla alan elde etmeyi başardığımızı söylemek için yazıyorum, bobin patladığından daha fazla ilerleyemedik ve bu, duyarsanız şüphesiz size çok zevk verecek olan sağır edici bir kükreme ile oldu ...

Ancak patlamanın sonucu yalnızca gürültü oldu, çünkü bobin dışında hiçbir ekipman tahrip olmadı. Bobin, şimdi yapmayı planladığımız gibi bir dış kenarla takviye edilmedi.

...Genel olarak her şeyin yolunda gitmesinden çok mutluyum ve şu andan itibaren paranın yüzde 98'inin boşa gitmediğini ve her şeyin düzgün çalıştığını güvenle varsayabilirsiniz.

Kaza, deneyin en ilginç kısmıydı ve sonunda başarıya olan inancı güçlendiriyor, çünkü artık bobin kırıldığında ne olduğunu tam olarak biliyoruz. Artık 13.000 A'lık bir yayın neye benzediğini de biliyoruz.Açıkçası, yeterli bir mesafeyi korudukları takdirde, ekipman ve hatta deneyciler için zararlı hiçbir şey yoktur.

Sizi yeniden laboratuvarda görmeyi büyük bir sabırsızlıkla özlüyorum, böylece size makinelerle olan bu savaşı, bazıları eğlenceli olan en küçük ayrıntılarla anlatabilirim.

Bir darbe üreteci yardımıyla P. L. Kapitsa, 32 T'ye kadar manyetik alanlarda sistematik çalışmalar yapmayı başardı. Sadece 2 cm3'lük bir hacmi kaplayan bu alan, güvenilir bir şekilde elde edilen manyetik alanın üst sınırı oldu. Bu sınıra kadar Kapitsa, diğer bilim adamlarıyla birlikte Zeeman ve Paschen-Beck fenomenlerini, manyetodirenci, manyetostriksiyonu ve diğer etkileri inceledi.

Daha da güçlü manyetik alanlar elde etme olasılıklarını göz önünde bulunduran P. L. Kapitsa, makalelerinden birinde, o zamanlar (1920'lerde) teknolojinin durumunun, 200-300 T'lik bir alan yaratabilecek kapasitör bankaları yapmayı mümkün kıldığına dikkat çekti. Ancak teknik zorluklar o kadar büyük çıktı ki, P. L. Kapitsa'nın bahsettiği alanlar ancak 40 yıl sonra bu şekilde elde edildi.

P. L. Kapitsa'nın kırdığı rekorlar 20 yılı aşkın bir süredir dokunulmadan kaldı. Sadece 1950'lerde yenildiler.

Yavaş yavaş Kapitsa, Rutherford'u güçlü manyetik alanlarda ve ultra düşük sıcaklıklarda araştırma yapmak için özel bir laboratuvar kurmaya ikna etti. Rutherford bu önerileri destekledi ve hatta karşılık gelen fonları aldı. Kapitsa'nın Cambridge'deki yetkisinin zaten son derece yüksek olması, sorunun çözülmesini büyük ölçüde kolaylaştırdı - hatta Londra Kraliyet Cemiyeti'ne, yani. İngiliz akademik.

Ve böylece, eski Cambridge arazisinde, kolejin eski binalarının yanında, müdürü P. L. Kapitsa olan Mond laboratuvarının çok büyük olmasa da modern bir binası inşa edildi.

Büyük açılış Şubat 1933'te İngiltere Başbakanı S. Baldwin ve tabii ki E. Rutherford'un huzurunda gerçekleşti.

Rutherford, yeni bina ve donanımından ve özellikle de Mond Laboratuvarı'nın yeni müdüründen son derece memnundu. Rutherford'a göre PL Kapitsa, daha sonra Cavendish Laboratuvarı'ndaki halefi olmalıydı.

N. Wiener şöyle hatırladı: “... Cambridge'de hala en son teknolojiyle donatılmış pahalı bir laboratuvar vardı. Kısa devre yapan, devasa tellerden geçen muazzam güçte akımlar yaratan özel güçlü jeneratörler yaratan Rus fizikçi Kapitza'nın laboratuvarından bahsediyorum; teller kızgın yılanlar gibi tısladı ve çatırdadı ve çevredeki uzayda devasa bir manyetik alan ortaya çıktı ... Kapitsa, güçlü ekipmanlara sahip laboratuvar fabrikalarının oluşturulmasında öncüydü ... Şimdi, atom bombasının yaratılması ve atom çekirdeği fiziğindeki araştırmaların gelişmesiyle bağlantılı olarak, bu tür laboratuvarlar oldukça yaygın hale geldi.

Ancak P. L. Kapitsa, Mond Laboratuvarı'nın direktörü olarak uzun süre kalmadı. Anavatanlarına dönme zamanı gelmişti, SSCB Bilimler Akademisi Fiziksel Sorunlar Enstitüsü'nü oluşturmak için Moskova'da bilimsel çalışmalar düzenlemek gerekiyordu. Manyetizma ve aşırı düşük sıcaklıklar, bu enstitünün bilimsel araştırmalarının ana konuları haline geldi.

Bu sorunların her ikisinin de deneysel ve teorik fizikçilerin katılımıyla kapsamlı bir şekilde çözülmesi gerekiyordu. Kapitsa, tek bir enstitü çerçevesindeki çalışmalarının, araştırmanın genel ilerlemesine katkıda bulunacağını düşündü. Planına göre, burada kendilerini tamamen bilimsel yaratıcılığa adamış birinci sınıf bilim adamlarının çalışması gerekiyordu.

Ancak Kapitsa, çalışanları veya bilim okulu olmadan Moskova'ya geldi. Hazır şut yoktu. Veya belki de yeni trendler ve gelenekler yaratmak fena değil.

Ana ve yardımcı personelin oluşumu ve eğitimi, çekirdeğinin oluşumu birkaç yıl sürdü. Enstitü'de ​​bilime hizmet yetiştirildi. Liderliği de bilimsel sürece katılmak zorundaydı. Kapitsa kendi araştırmasını bırakmayacaktı. "Yalnızca laboratuvarda kendiniz çalıştığınızda, kendi ellerinizle deneyler yaptığınızda, çoğu zaman en rutin kısımlarında bile olsa, ancak bu koşullar altında bilimde gerçek sonuçlara ulaşılabilir" diye yazmıştı. “Başkasının elleriyle iyi bir iş yapamazsınız. Bilimsel çalışmaları denetlemek için onlarca dakika ayıran bir kişi büyük bir bilim adamı olamaz. ben her halükarda

Bu durumda, böyle çalışacak büyük bir bilim adamı ne gördüm ne de duydum ve bence bu hiç olamaz. Eminim ki en önde gelen bilim insanı bile laboratuvarda çalışmayı bıraktığı anda, sadece büyümesini durdurmakla kalmaz, aynı zamanda genel olarak bir bilim insanı olmayı da bırakır.

Son olarak, Enstitü kadrolu ve araştırma yürütülüyor... Rutherford, Enstitüye cömert bir hediye verdi - Kapitsa'nın Cavendish Laboratuvarında üzerinde çalıştığı tüm ekipmanlar. Kapitsa neşeli bir şekilde, "Bana öyle geliyor ki hedefe ulaşıldı ve enstitü yalnızca Sovyetler Birliği'nin değil, aynı zamanda Avrupa'nın en gelişmişlerinden biri olarak kabul edilebilir," diye yazdı.

Süper güçlü manyetik alanlar elde etme tesisinde, Cavendish adamları, tamirci Pearson ve laboratuvar asistanı Lauerman, Cambridge deneylerinin devam etmesine yardımcı oldu. Bunlardan birinde yeni bir kayıt kaydedildi - 50 T'lik darbeli bir manyetik alan elde edildi.

Dünya bilimi, süper güçlü manyetik alanlara şiddetle ihtiyaç duyuyordu. Örneğin Harvard Üniversitesi'ndeki siklotron laboratuvarındaki fizikçiler, kalın fotoğrafik emülsiyonlara düşen parçacıkların yörüngesini fark edilir şekilde bükebilecek en az 20 T'lik alanlar hayal ettiler. Kondansatör bankaları kullandılar.

0.00001 s'deki güçlü kapasitör bankaları, 1 milyon kW veya 1 milyar W elektrik gücü sağlayabilir (Dneproges'in gücü 600 bin kW'dır), 100 T'den fazla manyetik alan elde etmek mümkün olmuştur. Gök gürültüsünü andıran bir kükremeyle birlikte ani bir muazzam enerji salınımı meydana geldi.

Tüm bu enerji çığı, tek bir büyük bobine sürüldü. P. L. Kapitsa'nın gösterdiği gibi, etraflarına bakır telli sarılı olağan tipteki solenoidler yalnızca 30-35 T'ye kadar olan alanlarda "hayatta kalır". Bakır disklerden yapılmış "Acı" tipi solenoidlerin daha kararlı olduğu ortaya çıktı, ancak aynı zamanda 50-70 T'den yüksek olmayan manyetik alanlara da dayandılar. Solenoidler, bu tür alanlarda üretilen muazzam kuvvetlere karşı koyamazlar. Dönüşler arası izolasyon özellikle zayıf bir yer gibi görünüyordu. Ondan kurtulmak için, tutucuyla birlikte bakırdan, sertleştirilmiş çelikten veya berilyum bronzdan yapılmış tek bir büyük bobine geçmek zorunda kaldım.

Deneylerin amacı, farklı metallerin süper güçlü darbeli alanların mekanik ve termal etkilerine nasıl dayanabileceğini bulmaktır. Deneyler, hiçbir metalin 100 T'lik bir manyetik alanda üretilen kuvvetlere yıkım olmadan dayanamayacağını göstermiştir. Görünüşe göre süper güçlü alanların fiziğinin başarısı bununla sınırlı kalacak. Ancak, modern bilim adamları bu çıkmazdan bir çıkış yolu bulmuş gibi görünüyor. Zıt yönlü kuvvetlerin üst üste binme ilkelerinin kullanıldığı "güçsüz" sargıların kullanılmasından oluşur.

Çok sayıda güçsüz ve düşük güçlü sargılar geliştirilmiştir. Kuvvetsiz sargılar, daha güçlü ve refrakter malzemelerin keşfedilmemesi durumunda, tahribatsız sargılarda kararlı alanlar elde etmek için fizikçilerin son umududur.

Güçlü kapasitör banklarının, bazen güç için seramik haline getirilmiş bir Bitger solenoidine veya ayrı bir bobine deşarjı sırasındaki güçlü manyetik alanlar, artık 20-70 T'lik alanlar oluşturmak için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Önemli bir teknik başarı, I. V. Kurchatov Atom Enerjisi Enstitüsü'nde (S. Kh. Khakimov ve diğerleri), berilyum bronzdan yapılmış katı dönüşlü bir spiral olan yeni bir solenoid tipinin yaratılmasıdır. Bu impuls mıknatıs 8 cm çapında bir bölgede 30 T'lik bir manyetik alan oluşturur.

Ancak, solenoid üzerindeki devasa bir enerjinin aniden çökmesine değil, başka bir ilkeye dayanan güçlü bir manyetik alan elde etmenin bir yolu yok mu? Sovyet elektrik mühendisleri G. A. Babat ve M. S. Lozinsky, 1940 yılında akışın “yoğunlaştırıcısı” fikrini ifade ettikleri bir makale yayınladılar.

Bu fikri anlamak kolaydır. Kesiğin yanından metal bir pistonla kapatılan, akımla dolu bir kesik boru hayal edelim. Tüpün içinde akım, manyetik alan çizgilerinin yoğunluğu ile karakterize edilen bir manyetik alan oluşturur, örn. borunun iç bölgesinin enine kesitinin birim alanına düşen sayıları. Piston aniden tüpün içine girerse ne olur? Tüpün iç bölümü keskin bir şekilde azaltılacaktır. Tüpe bağlanan kuvvet çizgilerinin sayısı anında değişemeyeceğinden, azaltılmış enine kesitteki yoğunlukları da aynı derecede keskin bir şekilde artacaktır. Sonuç olarak, hem manyetik indüksiyon hem de manyetik alan şiddeti artacaktır.

Böylece, akının "konsantrasyon" ilkesi, önce büyük bir hacimde nispeten düşük yoğunluklu bir alanın yaratılması, ardından manyetik akının enine kesitinin keskin bir şekilde azaltılması - alanın keskin bir şekilde artması gerçeğine indirgenir.

Howland ve Foner, G. A. Babat ve M. S. Lozinsky'nin fikrini kullanarak, çalışan 30- mekanik indirgeme olmadan bir yoğunlaştırıcı yarattı.

biz bir mıknatısız Solenoidin içine küçük bir iç çapa sahip büyük bir bobin yerleştirerek, konsantrasyon etkisinin de elde edilebileceği ortaya çıktı : dış sargıdaki bir akım darbesiyle, büyük bobinde manyetik akıyı  büyük bobinin merkezi deliğine kaydıran  girdap akımları indüklenir. Yoğunlaştırıcılar yardımıyla 45 T'lik bir manyetik alan elde edilirken, masif bobini olmayan bir solenoidde 30-35 T'den daha büyük bir alan elde etmek çok zordur.

Diğer deneylerde, önemli bir hacimde (yaklaşık olarak camın hacmine eşit) 20 T'lik bir manyetik alan elde edildi. Nükleer süreçleri incelemek için bu hacme kalın fotoğrafik emülsiyonlar yerleştirildi. Bu durumda, kapasitör bankasının kütlesi 30 tondan fazladır.

Süper güçlü manyetik alanlar alanındaki tüm araştırmaları taçlandıran zirve, Sovyet fizikçileri tarafından 1950'lerde Akademisyen A.D. Sakharov, manyetik akı konsantrasyonu fikrini göz önünde bulundurarak ve konsantrasyonun etkisinin daha yüksek olduğunu fark ederek, konsantrasyon bölgesinin "çökmesi" ne kadar hızlı gerçekleşirse, bu etkinin, çökme patlayıcıların yardımıyla gerçekleştirilirse bu etkinin en başarılı olacağı sonucuna vardı.

Kapalı, büyük bir bobin içinde bir şekilde bir manyetik alan oluşturulursa, o zaman bobini kümülatif bir patlama yardımıyla sıkıştırarak, daraltılmış bobin içindeki manyetik alanın yoğunluğunun büyük ölçüde artmasını sağlamak mümkündür. Bunun nedeni, bazı devrelere bağlı manyetik akının anında değişememesidir. Benzer fikirler daha sonra Amerikalı fizikçiler tarafından Los Alamos Laboratuvarında test edildi.

Yine patlayıcı prensibiyle çalışan bir cihaz kullanılarak 100 T'lik bir başlangıç ​​manyetik alanı oluşturulur. 7.5-10 cm çapında metal bir halka bobin, 4-8 kg patlayıcı ile çevrilidir. Dış alan maksimum değerine ulaştığında, patlayıcılar ve halka 0.000001 s'de patlar, yani. 4 km/s hızla 0,4 cm'ye daralır.

Çökme sürecinde, Sovyet fizikçileri 2500 T manyetik alanı ve Amerikalı fizikçiler - 1460 T ölçtüler. (Bu rekor manyetik alan, art arda iki patlayıcı veya manyetokümülatif jeneratör MK-1, MK-2 kullanılarak elde edildi. Bunlardan ikincisi, daha sonra MK-1 jeneratörü tarafından daraltılan bir "ateşleme" alanı oluşturmak için kullanıldı.) Alanın daha fazla ölçülmesi imkansızdı, çünkü çökme sırasında halkanın çapı o kadar küçüldü ki, ölçümlerin yapıldığı sensörü ezdi. Tüm süreç saniyenin milyonda biri kadar sürdü.

A. D. Sakharov, ulaşılan alanın sınır olmadığına inanıyordu. Nükleer yükler gibi diğer patlayıcıları kullanarak 10.000 T'ye eşit manyetik alanlar elde etmek mümkündür. Bu tür alanlar yalnızca gezegenlerin ve yıldızların derinliklerinde bulunur. Manyetik alanın basıncı, yoğunluğunun karesiyle orantılı olarak artar, bu nedenle, bu kadar güçlü alanlara ulaşıldığında, karşılık gelen basınçlar da gelişir.

Böylesine güçlü bir alan ve basıncın eşzamanlı kombinasyonuyla deneyler yapmak, örneğin gezegenlerin ve yıldızların içinde meydana gelen süreçleri, süper yıldızların yerçekimsel çöküşü sırasında vs. incelemek için son derece önemlidir.

Darbeli alanlar teknolojide kullanılıyor mu? Bu teknoloji alanı hala ilk adımlarını atıyor olsa da, darbeli alanların teknik kullanımına ilişkin beklentiler çok umut vericidir.

Örneğin bir manyetik darbeli alanın yardımıyla, çelik bir kabloya koruyucu bir metal boru perçinlenir. İtme alanı tarafından geliştirilen basınç o kadar büyüktür ki, boru, kablonun düz olmayan yüzeyine başka hiçbir şekilde elde edilemeyecek bir yoğunlukla bastırılır.

Aynı şekilde, güçlü manyetik alanlarda üretilen elektromanyetik kuvvetler, parçaları damgalamak, iletken elemanları yalıtkan burçlara bastırmak ve diğer teknik amaçlar için kullanılabilir. Süper güçlü darbeli manyetik ALANLAR görünüşe göre derin uzay radyo iletişiminde, temel parçacıkların ve plazma özelliklerinin incelenmesinde uygulama bulacaktır.

Fiziksel araştırmalarda darbeli alanların kullanımına ilişkin belki de en görkemli ve cüretkar proje, muazzam enerjiye sahip yüklü parçacıklar üretmek için büyük bir manyeto-kümülatif jeneratör kullanılmasının önerildiği bir projedir. Parçacıkları 1012 eV'lik bir enerjiye hızlandırmak için yük olarak bir nükleer cihaz kullanmak gerekli olacaktır. Patlamanın , 1 km derinliğindeki bir madenin dibinde bulunan 104 m 3 hacimli bir odada gerçekleştirileceği tahmin edilmektedir . Şaşırtıcı bir şekilde, görünüşte delicesine pahalı olan bu cihaz, aynı enerjiye sahip parçacıklar üreten geleneksel bir hızlandırıcıdan önemli ölçüde daha ucuz olmalıdır.

Acı:

"GİZLİ - SOĞUTMADA"

Selenoidlerle ilgili bu hikayemizde fizikle uğraşan bir heykeltıraştan bahsedeceğiz; 1898'de türetilen "lanetli" formül hakkında; hava, su, kerosen ile soğutma gerektiren solenoidler hakkında. Burada greyfurt mıknatısını ve sıvı gümüş mıknatısı hatırlamanız gerekiyor.

Ampere, teli tuz evi adını verdiği bir halka şeklinde büktüğünde, gözle görülür bir manyetik alan elde etmek için dönüşlerden bir amperin kesirlerinde bir akım geçirmesi yeterliydi. Bu akım elbette iletkeni ısıttı, ancak açığa çıkan ısı odanın havası tarafından kolayca alındı. Yaklaşık 100 yıl boyunca, hava okyanusu, içinden elektrik akımı geçen iletkenlere sıcaklığını bildirdi, ancak sonunda, atmosferin soğutma kapasitesinin yeterli olmadığı saat geldi. Ve burada mıknatısların tarihinde Francis Bitter'in adını hatırlamak uygun olur.

Bitter (1902-1967), ünlü bir Amerikalı heykeltıraşın oğlu olarak New Jersey, Vikhovkin'de doğdu. O zaman Vikhovkin henüz devasa New York limanının kasvetli bir uzantısına dönüşmemişti, ancak sıcak doğu rüzgarlarına açık, pitoresk yeşil tepelere yayılmış küçük bir kasabaydı. Görünüşe göre Francis'in heykeltıraş olmasına her şey katkıda bulunmuş: babasının yaratıcılığı, sanata olan tutkusu, mahalledeki güzel taş ocakları ve son olarak mezar anıtlarına olan büyük talep.

Francis'in yaşadığı ev, babasının projesine göre inşa edildi. Çeşmelerin ve ahırların (Francis atları severdi) bulunduğu tüm yaşam alanı ve avlu, yüksek bir duvarla sokaktan ayrılmıştı.

1909'da aile New York'a taşındı. Daha sonra, Magnets: A Course for Physicists adlı kitabında Bitter şunları hatırladı: “New York stüdyomuzdaki yaşam karşılaştırmalı olarak ölçüldü. Çocukların hayatı en katı rejime tabidir. Üç dil öğrendik: Ailemizle Almanca, mürebbiye ile Fransızca ve okulda İngilizce. Piyano dersleri, dans dersleri, yağmurlu günlerde Doğa Tarihi Müzesi ziyaretleri, Pazar günleri "yararlı" kitaplar okumak - ben ölene kadar hayatımız böyle geçti.

on iki yılını okula gönderdi. Bu sırada direksiyon hakimiyetini kaybeden bir takside babası hayatını kaybetti ve annesi bu talihsizliğe çok üzüldü.

Bitter, "Eğitimimde hiç bilim yoktu," diye yazdı, "her ne kadar en çok sevdiğim cebir ve geometride keyifli dersler almış olsak da. Bu konular bana kolay geliyordu ve yanlış hatırlamıyorsam sınıfın en iyi öğrencilerinden biriydim. Bir teoremi varsayımlardan kanıtlamak veya bir denklemi çözmek benim için Latince, tarih, İngilizce ve coğrafyadan çok daha ilginç bir deneyimdi.

Bitter, Chicago Üniversitesi'nde profesör olan amcasının etkisiyle 1919'da bu eğitim kurumuna girdi. Henüz bilimle ilgilenmiyordu, ancak en iyi öğrencilerden biri, her halükarda en yetenekli öğrencilerden biri olarak kabul edildi. Öğrencilik yıllarındaki etkinliğinin zirvesi, hiçbir şekilde bilimsel çalışma değil, sınıf arkadaşları için bir sığır taşıma gemisinde Avrupa'ya ucuz bir gezi organizasyonuydu. Ve burada, Viyana'da, Einstein'ın çalışmalarıyla ve görelilik kuramıyla ilk kez ilgilenmeye başladı.

Bitter, Chicago Üniversitesi'ne geri dönmedi. Şimdi, göreli etkileri hesaba katan göksel mekaniği incelemeyi seçen tek öğrenci olduğu Columbia Üniversitesi'nden etkilenmişti. Acı, hayatının geri kalanında bu sorunlara olan ilgisini sürdürdü. Halka açık ilk derslerinden biri görelilik kuramı, Lorentz dönüşümleri üzerineydi.

1925'te bekar oldu ve eğitimini tamamlamak için Berlin'e gitti. “Birçok ünlü hocayı dinledim. Kuantum teorisinin babası Max Planck'ı dinledim; kristallerde X-ışını saçılımını keşfeden Max von Laue; Albert Einstein. Erwin Schrödinger'in dalga mekaniğinin ilk kez anlatıldığı kolokyumu hatırlıyorum. Gece geç saatlerde metroya geri dönüyordum ki aniden Einstein'ın arkamdan arabaya bindiğini fark ettim. Onunla resmi olarak tanıştırılmamış olmama rağmen, görünüşe göre beni kolokyumdan hemen tanıdı ve hemen söze başladı: “Dinle, bunun hakkında ne düşünüyorsun? Ne harika bir zamanda yaşıyoruz!”

Belki de Bitter'in bilimsel çıkarlarını belirleyen bu toplantıydı. Başlamak için iki ciltlik bir "Elektrik ve Manyetizma Teorisi" satın aldı ve baştan sona okudu.

1926'da Bitter, doktora tezini Columbia Üniversitesi'nde bitiriyordu ve tez konusunun zaten birileri tarafından kapsamlı bir şekilde geliştirildiği ortaya çıktı. Bitter daha sonra, "Ve koridorlarda anlamsızca dolaşıp, başka hangi konunun gerçek bir araştırmaya çekebileceğini zihinsel olarak tarttığımda, gözlerim boş laboratuvarlardan birinde etkileyici görünümlü bir mıknatısa takıldı ...", diye yazdı Bitter daha sonra. Böylece en ünlü bilim adamlarından biri olan "mıknatıs işçileri" mıknatısa yöneldi.

Bitger'in bilimsel yön seçimi, Cambridge'e, P. L. Kapitsa'nın manyetik laboratuvarına yaptığı ziyaretten büyük ölçüde etkilendi. Ancak bu sadece bir zorlamaydı. Bitter, darbeli mıknatıslar değil, uzun süreli çalışma için tasarlanmış mıknatıslar yaratma yönünde kendi yolunu tuttu.

Savaş sırasında Bitter, Alman amfibi uçakları tarafından İngiliz limanlarının yakınına saçılan manyetik mayınları etkisiz hale getirdi. Bitter için alışılmadık bir zamandı. Washington yakınlarındaki İskenderiye'deki Arlington Caddesi'ndeki mütevazı bir özel evde katı bir gizlilik ortamında yaşadı. Bitter, "megagauss" temasıyla ancak savaş sonrası yıllarda ilgilenmeye başladı - süper güçlü mıknatıslar tasarladı.

1965 yılında ağır bir ameliyat geçirdi ve doktorlar teselli edici bir şey söyleyemedi. Bununla birlikte, pes etmedi ve çalışmaya devam etti, ancak zaten güçlü deşarj dürtü mıknatısları üzerinde. 26 Temmuz 1967'de Bitter öldü ve 21 Kasım 1967'de ABD'nin ana manyetik laboratuvarı olan Ulusal Manyetik Laboratuvarı onun adını aldı.

1930'larda Bitger, gazlardaki ince manyetik olayları incelemek için yaklaşık 10 T'lik güçlü bir manyetik alana ihtiyaç duyuyordu. Araştırmacıya Dünya'nın manyetik alanından 20 bin kat daha büyük olan bu görkemli alanı uzun süre (birkaç saat) sağlayabilecek bir mıknatısı kısa sürede oluşturmak gerekiyordu.

Bu probleme girişmeden önce Bitter, güçlü manyetik alanlar alanında kendisinden önce yapılan her şeyi inceledi.

O zamanlar çok güçlü elektromıknatıslar, Paris yakınlarındaki Belle-Vie'de (alan 9 T'ye kadar), İsveç'teki Uppsala Üniversitesi'nde (7 T'ye kadar) çalışıyordu. Bunlar, çelik bir manyetik devre ve bir boyunduruk, onlarca ton ağırlığında klasik mıknatıslar olan devasa yapılardı. Çelik çekirdekli bir elektromıknatısla 10 T'lik bir manyetik alan oluşturmak söz konusu değildi, ancak "doygunluğa" rağmen çelikli manyetik sistemlerde keyfi olarak büyük bir alan elde edilebileceğini teorik olarak göstermek kolay olsa da. Manyetik alanın yaratıldığı nokta dışında tüm Evren manyetize edilmiş demirle doluysa, sonsuz bir alan olacaktır ...

Bitter, 10 T'lik bir alan elde etmek için Evreni değilse de en azından laboratuvarını doymuş demirle doldurması gerektiğinin gayet iyi farkındaydı. Demir çekirdekli seçenek uygun değildi. Fransız bilim adamları Arago ve Ampère tarafından çelik bir çekirdek olmadan icat edilen ve daha sonra solenoid olarak adlandırılan elektromıknatısı almak zorunda kaldım. Elektrik akımının etrafında aktığı bir spiraldir. Yol boyunca bilim adamlarını bekleyen sıkıntılar, Fransız elektrik mühendisi Fabry tarafından 1898'de "Electric Lighting" dergisinde yayınlanan bir formül - "Fabry'nin formülü" şeklinde formüle edildi.

Formül ne diyor? Çok üzücü şeyler hakkında: Manyetik alanı örneğin 10 kat artırmak istiyorsanız, lütfen solenoidde tüketilen elektrik gücünü 100 kat artırın. Güçlü manyetik alanlar elde etmek için tüm enerji santrallerini alacaktı. Akademisyen P. L. Kapitsa, zaten 1923-1927'de. 50 T'lik bir alan alan, bu zorluğun üstesinden gelmek zorunda kalmadı - saniyenin yalnızca binde biri kadar süren güçlü bir alan yaratmayı başardı. Ancak bu, Bitter'a uymuyordu - sabit alanlara ihtiyacı vardı. Tek bir çıkış yolu vardı - bir solenoid yapmalısın.

Bitter, Boston Elektrik Santraline gitti. Edison Electric Company'nin liderliğiyle, geceleri şehirde biraz bedava elektrik gücü olduğunda, Bitter'in doymak bilmez "çocuğuna" bu güçle besleneceği konusunda anlaşmayı başardı. Santralin odalarından birine araba tekerleği büyüklüğünde bir mıknatıs yerleştirildi. 1937'de ilk kez çalıştırıldığında, salonda düşünülemez bir şey oldu: ince demir tozu, talaş, çiviler, odanın her yerinden cıvatalar, iki güçlü su borusunun bağlı olduğu küçük bir bronz kasaya koştu. Soğutma suyu, yakınlarda akan bir nehirden gelen su ile yıkanan bir ısı eşanjöründen sağlandı. Bu boruların rolü çok büyük. Mıknatısa 50 l / s hızında soğutma suyu sağlanmazsa, mıknatıs anında yanar.

Mıknatısın güç tüketimi yaklaşık 1700 kW veya 1,7 MW'dir. Tüm bu güç, mıknatısın sıcaklığındaki bir artışı önlemek için derhal uzaklaştırılması gereken ısı şeklinde açığa çıktı.

Bitter'in tasarımı o kadar başarılı oldu ki, şimdiye kadar bu prensibe göre yapılmış solenoidlere Bitter deniyordu. Uzun süre 10 T manyetik alan elde eden ilk solenoid olan orijinal Bitter solenoid, soğutma suyu için 600 delikli, radyal bir yuvaya sahip damgalı bir bakır diskti. İkincisi, diski hafifçe bükerek, akımla sürekli bir spiral oluşturmak için onu bir sonraki diske takmanın mümkün olmasını sağlamaya hizmet etti.

Dünyanın en güçlüsü olan 10 T alana sahip ilk Bitter solenoid sürekli "bilim için" çalıştı. İşindeki tek mola, “manhat-

Tena projesi ”(ilk Amerikan atom bombasının yaratılması) Oak Ridge'deki Acı mıknatıs kullanılarak uranyum izotopları ayrıldı.

Geçen yüzyılın 60'larında fiziğin, özellikle plazmanın manyetik olarak hapsedilmesi, süper iletkenlik, antiferromanyetizma, kuantum optiği, temel parçacıklar gibi alanlarda hızlı gelişimi, süper güçlü manyetik alanlara acilen ihtiyaç duyulmasına neden oldu ve bunları elde etmek için Sovyetler Birliği, ABD ve İngiltere'de laboratuvarlar ve enstitüler düzenlendi.

1965'te ulaşılan 25 T'lik manyetik alan, dünyanınkinden yarım milyon kat daha büyük, güneş lekelerinin alanından 100 kat daha büyük ve hesaplamalara göre atom çekirdeğinde olması gereken manyetik alandan sadece 4 kat daha düşük.

ABD Ulusal Manyetik Laboratuvarı'nda Montgomery'nin hesaplamalarına göre Colm tarafından tasarlanan üçlü bir solenoid kullanılarak 25 T'lik bir alan elde edilmiştir. İç çapı 10 cm olan bu rekor solenoid 16.000 kw güç tüketmiştir. Dış kısmı kare kesitli içi boş bir bakır çubukla sarılmıştır, iç kısımları bakır disklerden yapılmıştır ve yüzeyine soğutma için radyal kanallar kimyasal olarak kazınmıştır. Mıknatısı yapmak için 3 tondan fazla bakır kullanıldı. Manyetik alanın iç kısımlardaki basıncı o kadar büyüktü ki bakır "sızmaya" başladı. Bu basınç, en derin okyanusal depresyonun dibinde var olandan 3 kat daha fazladır. Film kaynama prensibine dayanan ilginç bir mıknatıslı soğutma sistemi. Aynı zamanda, soğutulan bakır bobinin sıcaklığı 100 °C'nin üzerindeydi, Bu, üzerinde saniyenin binde biri içinde büyük miktarda nispeten soğuk suya dönüşen ve solenoid üzerine bir şelale gibi düşen çok sayıda buhar kabarcığının ortaya çıkmasına neden oldu. (Burada "şelale" kelimesi tesadüfen kullanılmamıştır. Bu mıknatısı soğutmak için laboratuvarın yakınından akan bir nehirden gelen su kullanılır. Selenoidde salınan ısı o kadar fazladır ki, laboratuvarın altındaki alandaki nehirdeki suyun sıcaklığı yarım derece yükselir.) Suyun özgül buharlaşma ısısı çok yüksektir, bu nedenle, spiralin yüzeyinde kabarcıklar oluştuğunda, spiralden, basitçe SSCB Bilimler Akademisi P. Akademisyen A. M. Prokhorov'un rehberliğinde N. Lebedev, araştırma çalışanları L. P. Maksimov ve V. G. Veselago. solenoid, 20 T'den fazla manyetik alanları almak için tasarlanmış canavarca bir ahtapotun birçok hortumu-dokunaçları nedeniyle benzer. Bu "canavara" elektrik sağlamak için özel bir elektrik santrali inşa edildi.

Colm'un 25 T mıknatısında elde ettiği devasa alan, mıknatısın çapı 1 m'den fazla olmasına rağmen sadece 10 cm çapında bir çalışma bölgesinde oluşturulur. Bu solenoid üzerinde herhangi bir büyük ölçekli araştırma yapmak oldukça zordur, bu nedenle tasarımcılar, büyük çalışma hacimlerinde önemli manyetik alanlar elde etmenin mümkün olabileceği yeni yollar arıyorlardı.

Belki farklı bir soğutma sıvısı kullanabilirsiniz? Kaliforniya Üniversitesi'nde ilginç bir deney yapıldı. 1959'da, orada gazyağı ile soğutulan bir solenoid inşa edildi. Neden gazyağı seçmelisiniz? Gerçek şu ki, özellikle safsızlıklar içeren su ideal bir yalıtkan değildir ve belirli bir voltaja ulaştıktan sonra elektriksel özellikleri etkilenmeye başlar. Su soğutmalı sargılar paslanır. Soğutma için kullanılabilecek diğer sıvıların bir analizi, ısı kapasitesi ve güvenlik açısından, sarım için en iyisinin nötr gazla doldurulmuş bir kapta kapatılmış saflaştırılmış kerosen olduğunu göstermiştir.

İç çapı 10 cm olan "kerosen" solenoid, bakır bir bara ile sarılmış, 6 bin kW güç tüketmiş ve 10 T manyetik alan sağlamıştır. Her saniye, soğutması için ona bir sentlik saflaştırılmış gazyağı verildi.

ONNNES VE DİĞERLERİ:
"İLK YAVAŞ AŞAĞI..."

Bu solgun yüzlü, sarkık bıyıklı, yaşlı bir adam, birden fazla bilimsel başarıya imza atmış olmasına rağmen, kahraman bir kişilik izlenimi vermiyordu. "Güneş" gazını - helyumu sıvılaştırdı ve sıcaklığını neredeyse mutlak sıfıra düşürdü. Harika malzemeler keşfetti - süper iletkenler. 20. yüzyılın gelecekteki laboratuvarları için standart haline gelecek kadar teknik olarak mükemmel bir laboratuvar yaratan ilk kişi oydu!

Adı Geike Kamerling-Onnes (1853-1926) idi. Ünlü Kirchhoff (Kirchhoff kuralları) ve Bunsen (Bunsen beki) ile çalıştı. 19. ve 20. yüzyılın başında, Leiden Üniversitesi'nde, kendi bilimsel günlüğü olan güçlü bir cam üfleyici ekibiyle, eşi benzeri görülmemiş derecede güçlü hava, nitrojen ve hidrojen sıvılaştırıcıları içeren bir laboratuvar kurmayı başardı.

O ne yaptığını biliyordu. 1790'da, Lahey'deki müzenin müdürü Van Marum, dünyada amonyak gazını 33 °C'de kaynayan bir sıvıya dönüştüren ilk kişiydi! Kamerling-Onnes, vatandaşının yüzüncü yılını değerli bir şekilde kutladı. Dewar, hidrojenin sıvılaştırılmasında ondan önde olmasına rağmen, son gaz (helyum) yine de Hollandalı ile sıvı hale geldi (1908: -268 ° C sıcaklıkta; 1913'te Nobel Ödülü).

Kamerling-Onnes, giderek düşen sıcaklıkların beraberinde neler getirdiğini öğrenmek için gazları sıvılaştırdı. Sıcaklıkla ilgili her şey açıktı - son derece düşük bir değere sahipti, peki ya elektrik direnci? Sıcaklıkla azaldı. Fabry formülü, yaklaşık 100 T'lik bir alan elde etmek için umut verdi. Birkaç yıllık çalışma - ve süper güçlü manyetik alan boyun eğmeli! İstenen hedef ne büyük!

Ancak araştırmacılar iki şeyi hafife aldılar: Birincisi, düşük sıcaklıklara ulaşmak o kadar kolay değil. Bunları elde etmek için önemli miktarda enerji harcamak gerekir; ikincisi, manyetodirenç adı verilen bir fenomen nedeniyle manyetik alan kuvvetinin artmasıyla, metalin elektrik direnci de artar ve düşük sıcaklıklarda manyetodirencin etkisi özellikle belirgindir.

Akademisyen P. L. Kapitsa, makalelerinden birinde ünlü Fransız bilim adamı Perrin tarafından önerilen fikri test etmenin sonuçlarını sundu: solenoidleri sıvı hava ile soğutmak.

1 cm çapında bir bölgede oluşturulan 10 T manyetik alana sahip bir solenoidi soğutmak için içinden 24 l/s sıvı hava pompalamak gerektiği ortaya çıktı. Solenoidin çalışmasını sağlamak için, sıvı hava üretimi için bir tesis kurmak gerekli olacaktır.

Belki bu koşulların bir sonucu olarak ve belki de başka nedenlerle, düşük sıcaklıkta, ancak süper iletken olmayan veya bazen adlandırıldıkları şekliyle kriyojenik mıknatısların gelişimi büyük ölçüde gecikmiştir.

Elektrik direncini azaltmak için düşük sıcaklık kullanmaya yönelik ilk girişim, sıvı neonla soğutulan (kaynama noktası 27 K) alüminyumdan yapılmış, dünyanın en büyük 10 T solenoidlerinden birinin geçen yüzyılın 60'larında inşa edilmesiydi. Solenoidin iç çapı 30 cm, uzunluğu 200 cm, alüminyum sargıların ağırlığı 5 ton, bu dünyanın en büyük solenoidlerinden biridir. Termonükleer araştırma amaçlıydı ve bu nedenle uçlarında manyetik alan kuvvetinin 20 T'ye ulaştığı “manyetik fişler” vardı. Böyle bir solenoid ancak 1 dakika çalışabilir; bu kısa sürede, kriyostatlarda depolanan tüm sıvı neon gaza dönüştü.

Diğer soğutucular (örn. sıvı nitrojen, sıvı hidrojen) ve diğer sarma malzemeleri (örn. ince bir çelik boruya preslenmiş sodyum) kullanılarak daha büyük bir manyetik alan yaratmak için birçok girişimde bulunulmuştur. Deneylerin sonuçları umut vericiydi, ancak şimdiye kadar hiç kimse elde edilenleri aşamadı.

Çoğu zaman, bu tür mıknatıslar, birkaç bin kilovatlık bir güçle doğru akım üreten kendi elektrik santralleri tarafından çalıştırılır. Bu güç yeterli olmadığında (rekor kıran Colm solenoidinde olduğu gibi), makine miline bir volan monte edilir. İçinde yeterli enerji biriktirdikten sonra, P. L. Kapitsa'nın yaptığı gibi, kısa bir süre için jeneratörlerden nominal gücün birkaç katı daha yüksek gücü çıkarmak mümkündür.

Şu anda, büyük elektromıknatısların kısa süreli güç kaynağı için tasarlanmış jeneratörler, birkaç yüz tona kadar rotor kütlesine sahip olabilir.

Büyük Britanya'daki Kraliyet Radar Merkezinde solenoidler, bir denizaltından alınan güçlü pillerle çalıştırılıyordu.

Yeni yollar arayan Colm, hidromıknatıs adını verdiği bir solenoid tasarımı geliştirdi. Solenoid, aralarında sıvı sodyum veya sıvı gümüş gibi bazı iyi iletken sıvıların radyal yönde aktığı koaksiyel tüplerden oluşur. Her iki tüp de küçük bir manyetik alana yerleştirilir. Gelen sıvı alan çizgilerini geçer ve içinde bir elektromotor kuvveti (EMF) indüklenir, bunun etkisi altında sıvı içinde bir elektrik akımı akmaya başlar ve uyarma alanını oluşturan akımla aynı yönde çakışır. Böylece sıvının kendisi solenoidin sargısı haline gelir. Bu "sargı" kullanılarak elde edilebilecek manyetik alan, sıvının hızına, elektriksel iletkenliğine ve uyarma alanının değerine bağlıdır. Colm, erimiş gümüşle dolu bir hidromıknatısta şunu hesapladı:

Bununla birlikte, diğer zorlukların yanı sıra, bu tür görkemli alanların elde edilmesi, sargı malzemelerinin manyetik alan basıncının etkisi altında akmaya başlamasına yol açar. 25 T Colm solenoidinde, daha önce de belirtildiği gibi basınç, en derin okyanus çukurunun dibindeki basınçtan 3 kat daha yüksektir. Ve basınç, alan kuvvetinin karesiyle orantılı olarak artar. Alan kuvvetinin 3 kattan biraz fazla artmasıyla, basınç 10 kat artar.

100 T'lik bir alan kuvvetiyle, manyetik kuvvetler, ateşlendiğinde bir silahın ağzında gelişen kuvvetlere eşdeğerdir. Böyle bir alanı korumak, bir topun kamasında patlayan bir mermiyi, mermi dışarı fırlamayacak ve top patlamayacak şekilde tutmakla aynıdır.

Alan gücündeki bir artış, basınçtaki bir artışla zorunlu olarak ilişkili midir? Elektromanyetik kuvvet, sargıdaki akım yoğunluğunun ve manyetik alan endüksiyonunun vektör ürünü olarak hesaplanabilir (bu, hızlandırıcılardaki parçacıkları saptıran aynı Lorentz kuvvetidir). Neredeyse hiç çaba gerektirmeyen bir sargı ve solenoid konfigürasyonu geliştirilmiştir. Bu tür sargılar ve solenoidler güçsüz olarak adlandırılır. Son zamanlarda, termonükleer reaksiyonların incelenmesi için, biraz farklı bir prensiple çalışan büyük bir kuvvetten bağımsız sistem inşa edildi: içinde, solenoid sargılarından gelen kuvvetler, büyük bir çelik destek yapısına aktarılıyor.

Bilim adamları, güçsüz sargılar yaratma olasılığı konusunu incelerken, bu sorunun hiç de umutsuz olmadığı sonucuna vardılar.

Örneğin, geniş adımlı uzun bir spiral şeklinde yapılmış bir sarımı düşünün. Böyle bir sargı iki alan yaratır (alan elbette birdir, ancak kolaylık sağlamak için genellikle eksenel ve radyal bileşenlere ayrılır, bu da gerçek bir alan oluşturur): eksen boyunca yönlendirilen toplam alan (eksenel) ve her bir teli ayrı ayrı çevreleyen alan (halka şeklinde). Sargının eksenel alanı onu kırma eğilimindedir; sargıyı çevreleyen alan onu sıkıştırma eğilimindedir. Böylece farklı yönlere yöneltilen çabalar birbirini yok eder.

Belki de başka bir sarma daha kabul edilebilir olacaktır. Birkaç katmandan yapılabilir ve iç katmandaki sargı eksene neredeyse paraleldir ve dış katmanda eksene neredeyse diktir. Böyle bir sarımda, eksenel alandan dairesel alana geçiş kademeli olarak gerçekleştirilir ve sıkıştırma kuvvetleri tüm katmanlara eşit olarak dağıtılır. Bu sistem, muazzam yoğunluktaki manyetik alanların tasarımın zarafeti ve inceliği ile birleştirileceği, geleceğin güçlü sistemlerinin bir prototipidir.

Soğutma solenoidleri eğiliminin mantıksal gelişimi, aşırı düşük sıcaklıkların olduğu bölgeye doğru hareket etmekti. Bitter'da dönüşlerin su ile soğutulması içlerinden geçen akımları artırmayı mümkün kıldı, kayıplar akımdan daha hızlı büyüdüğü için herhangi bir enerji tasarrufundan söz edilmedi. Düşük sıcaklıklarda, iletkenlerin direnci ve bununla birlikte akım tarafından ısı salınımı azaldı. Sonunda, inanılmaz bir olay meydana geldi — neredeyse mutlak sıfırda (-273 °C), bazı metallerin elektrik iletkenliği sonsuza yükseldi! Bu olayın "müjdecisi" ve "suçlusu" Geike Kamerling-Onnes çıktı.

Kamerling-Onnes'in hayatında hiçbir şey dünya şöhretinin habercisi gibi görünmüyordu. Özel literatürde radyoaktivite, termodinamik ve gaz sıvılaştırma üzerine çok sayıda çalışma yayınlamış, analitikten çok mühendislik zihniyetine sahip tanınmış bir bilim adamı. Ancak 1911'de bir bahar sabahı, laboratuvara sıradan bir bölüm başkanı olarak girdi ve süperiletkenliğin kaşifi olarak ayrıldı. Bir gün ona ölümsüzlüğü getirdi. İşte böyle oldu.

Bundan önce, metallerin elektrik direncinin azalan sıcaklıkla nasıl değişmesi gerektiği açık değildi.

Bilim adamları üç farklı bakış açısına sahipler:

1. Klasik elektromanyetizma teorisinden, bir iletkenin direncinin azalan sıcaklıkla azaldığı bilinmektedir. Bu fenomen oldukça basit bir şekilde açıklanabilir. Elektrik akımı, bir metalin kristal kafesinden geçen serbest elektron akışıdır. Yüksek sıcaklıklarda, kristal kafes atomlarının termal titreşimleri nedeniyle, elektronların kafes ile çarpışma olasılığı yüksektir. Bu, elektronların hareketini engeller ve akıma karşı direnç oluşturur. Düşük sıcaklıklarda, kafes içindeki atomların salınımlarının genliği azaldığında, elektronların kafes ile çarpışma olasılığı azalır ve akım daha az dirençle karşılaşır. Mutlak sıfırda, ızgara zaten hareketsizken, iletkenin direnci sıfırdır.

2. Mevcut direnç mutlak sıfırda kalacaktır, çünkü o zaman bile bazı elektronlar kafesle çarpışacaktır, özellikle kristal kafesler kural olarak ideal olmadığından - her zaman kusurları ve safsızlıklar içerirler.

3. Metallerin direnci, sıcaklık mutlak sıfıra yaklaştıkça artmalıdır, çünkü kafes üzerindeki elektronların yoğunlaşması nedeniyle (kaba bir benzetme, sıcak çaya getirilen soğuk bir kaşıkta su damlacıklarının oluşmasıdır), soğuma sırasında sayıları sürekli olarak azalır, bunun sonucunda serbest elektronların sayısı tarafından belirlenen elektrik iletkenliği azalır (elektriksel iletkenlik, özdirencin tersidir).

Gerçekten de, başka bir seçeneği hayal etmek zor. Ama... 1911 baharında Kamerling-Onnes, sıvı helyum içeren bir Dewar kabında cıvayı dondurdu. Daha sonra cıva içinden bir akım geçirdi ve ölçüm aletlerinin iğnelerinin, tahmin edilebileceği gibi, sıcaklık düştükçe kademeli olarak azalan direnci gösterdiğini izledi. Direnç ve sıcaklık arasındaki bu ilişki, sıcaklık 4.12 K'ye düşene kadar devam etti. Aniden cıvanın elektrik direnci tamamen ortadan kalktı; kafes kusurları ve safsızlıklar ile elektronların çarpışmasından dolayı herhangi bir direnç bile yoktu.

Kamerling-Onnes deneyi tekrarladı. Safsızlıkların neden olduğu artık direncin çok belirgin olması gereken çok kirli bir cıva aldı. Ancak aynı sıcaklığa (4.12 K) yakın civa direnci neredeyse aniden ortadan kayboldu. Cıva sütununun direnci nasıl artırılır, enstrümanlar tarafından kaydedilecek değere getirilir? Açıkçası, kolonun uzunluğunu arttırmak ve enine kesitini azaltmak gereklidir. Kamerling-Onnes, insan saçından daha kalın ve 20 cm uzunluğunda bir cıva sütunu yaptı, direnci ölçtükten sonra şaşırdı: aletlerin okları kımıldamadı. Sıfır.

Kamerling-Onnes, daha da yüksek ölçüm doğruluğuna sahip başka bir deney hazırlıyordu. Bilim adamı cıvadan bir halka yapar ve onu ince bir ipliğe yatay olarak asar. Böyle bir halkada, örneğin yakınlarda bulunan bir elektromıknatıs kapatılarak bir akım indüklenirse, iplik belirli bir açıda bükülür. Bu açı, ipliğe bir ayna takılarak ve "tavşan" ın konumu izlenerek büyük bir doğrulukla ölçülebilir. Halkada en azından bir miktar direnç varsa, halkadaki akım kademeli olarak azalacaktır. Bu, ipliğin bükülmesini gevşetecek ve "tavşan" hareket edecektir. Kamerling-Onnes bu deneyi yapıyor. "Tavşan" kıpırdamaz.

Bunun tek bir anlamı olabilir: halkanın sıfır elektrik direnci, yani. mutlak sıfıra yakın bir sıcaklıkta cıvanın süper iletkenliği.

Kamerling-Onnes, direncin sıfır olduğunu açıkladığında üzerine düşen tüm sorumluluğu anladı ve ölçümleri defalarca tekrarlayarak doğruluklarını artırdı. Yine sıfır! Süperiletkenlik Keşfedildi!

Bununla birlikte, süperiletkenliğin sadece laboratuvar merakı olmaktan çıkması yarım yüzyıldan fazla zaman aldı. Süperiletkenlerin en ünlü ve görünüşe göre değerli özelliği, doğru akıma karşı elektriksel direncin olmamasıdır. Doğrudan ölçüm sonuçları, normal sıcaklıktaki metallerin direncinden en az ІО 23 kat daha az olduğunu gösterir.

Bazen insanlar şunu soruyor: "Süper iletkenlerin direnci gerçekten sıfıra eşit mi? Belki de çok küçüktür ve mükemmel ölçüm ekipmanımız olmadığı için bunu fark etmiyoruzdur?”

Amerikalı bilim adamı Collins bu sorunu çözmeye çalıştı. Mart 1954'te süper iletken bir kurşun halkada bir akımı uyardı ve bu akımın değerini gözlemledi. Direnç varsa, önemsiz de olsa, akım her zaman azalır, “sönümlenir”. Örneğin, gümüş bir halkadaki akımı neredeyse sıfıra indirmek saniyenin onda birkaçı kadar sürer. Collins'teki mevcut düşüş nasıl çaldı? Eylül 1956'da yapılan ölçümler, Collins halkasındaki akımın hiç değişmediğini gösterdi. Laboratuvara helyum arzı durmasaydı, deney muhtemelen bugüne kadar aynı sonuçla devam edecekti - diyorlar ki, nakliye işçilerinin grevi sonucunda. Daha sonra 10 yıl boyunca aynı deney yapıldı. Hesaplama, süper iletken devrede uyarılan akımın değer kadar azalacağını gösterdi.

Bununla birlikte, bir niyobyum-zirkonyum tüpün (özel bir süper iletken sınıfı - ikinci türden sözde süper iletkenler) içindeki bir manyetik halkanın sönümlemesini incelerken, akışın hala sönümlediği bulundu. Bu zayıflama, logaritmik bir yasaya göre gerçekleşir - ilk saniyede akış% 1, sonraki 10 saniyede -% 1, vb. Bu tüpteki akışın toplam zayıflaması, yani artık modern araçlarla ölçülemeyen bir değere indirilmesi 92  yıl alacaktır. Bu süre, Galaksimizin varoluş süresinden milyarlarca milyar kat daha uzundur. Ancak, bu tür deneylerin sonuçlarına dikkatle yaklaşılmalıdır . Manyetik alan oluşturan herhangi bir halkanın, halkanın boyutunu artırma eğiliminde olan ve onu basitçe kırabilen kuvvetlere maruz kaldığı bilinmektedir. Halkanın çapının milyonda bir oranında bile artması, süperiletkendeki elektriksel direncin varlığına atfedilebilecek olan alanda hemen bir azalmaya neden olacaktır.

Süperiletkenlerin ilk temel özelliği - direncin olmaması - 1911'de keşfedildiyse, o zaman ikinci en önemli özellik sadece 22 yıl sonra keşfedildi. 1933'te Alman fizikçiler Meissner ve Oksenfeld, süperiletkenlerin ideal diamagnetler olduğunu keşfettiler. Bu ne anlama gelir?

Sürekli olarak Dünya'nın manyetik alanındayız. Bu alanın kuvvet çizgileri, Dünya üzerindeki tüm nesnelere ve yaratıklara nüfuz eder. Kuvvet çizgilerinin yolunda bir ferromanyet, örneğin bir demir parçası karşılaşırsa, bu parçada manyetik çizgiler kalınlaşıyor gibi görünür. Bir alan çizgisinin yolunda bir diamagnet ile karşılaşılırsa, aksine, içinde seyrelme, alan çizgilerinden oluşan bir boşluk yaratılır. Manyetik kuvvet çizgileri bir süperiletkenin içine hiçbir şekilde nüfuz etmez. Başka bir deyişle, bir süper iletken mutlak bir diamagnet'tir. Süperiletkenin iç bölgesi ideal olarak süperiletkenin ince bir yüzey tabakasında akan akımlar tarafından dış manyetik alanlardan korunur. Manyetik alan da bu katmana nüfuz eder, bunun sonucunda derinliğine penetrasyon derinliği denir ve K harfi ile gösterilir. Örneğin, süper iletkenlerin diyamanyetizması kullanılabilir, manyetik alan çizgilerine belirli bir konfigürasyon vermek için. Alan, süper iletkeni atlayacak ve kuvvet çizgileri, süper iletkenin konturunu tekrarlayarak şekillenecektir.

Bir süper iletken, sıfır dirençli ideal bir iletkenden önemli ölçüde farklıdır. Alan ideal bir iletkene nüfuz edebilir. Aksine, manyetik alanı süperiletkenin içine nüfuz etmeye zorlamanın bir yolu yoktur!

Ancak tek bir yol vardır: süperiletkenin bir noktasındaki manyetik alan belirli bir kritik değeri aşan bir değere ulaştığında, süperiletken bu noktada süperiletken durumundan çıkar. Saf metallerin kritik manyetik alanları küçüktür: Tesla'nın yüzde birini geçmezler.

Bir süper iletkenden geçen akım, kritik bir değeri veya kritik yoğunluğu aşarsa, süper iletkenlik kaybına da neden olabilir. Saf süperiletkenlerdeki bu akımın değeri, sözde Silsby kuralı ile kritik manyetik alanla ilişkilidir: süperiletkenlik, iletkende süperiletkenin yüzeyindeki kritik olana eşit bir alan yaratan böyle bir akım tarafından yok edilir. İletken yüzeyindeki alanın değeri, toplam akım yasası kullanılarak ayarlanabilir.

Her süperiletkenin ayrıca kendi kritik sıcaklığı vardır, örn. üzerinde süperiletken özelliklerini aniden kaybettiği sıcaklık. Bu sıcaklık çok düşük.

Kritik sıcaklık, numunedeki mekanik gerilimlerden zayıf da olsa etkilenir. Kural olarak (ancak her zaman değil), bir numunedeki mekanik gerilimlerdeki bir artış, kritik sıcaklıkta bir artışı gerektirir. Bu ancak çok hassas yöntemlerle tespit edilebilir.

Mekanik stres ve kritik manyetik alan arasında da benzer bir ilişki vardır. Özellikle, 0,021 T olan 2 K'daki bir kalay numunesinin kritik alanının, kalayda yapay olarak mekanik gerilimler oluşturulduktan sonra 1,5 T'ye yükseldiği gösterildi.

Test numunesinin boyutunun yaklaşık 1 µm'ye düşürülmesi, süperiletkenin özelliklerini önemli ölçüde değiştirir. Böyle bir numune artık diyamanyetik olmayacak ve kritik alanı ve akımı büyük ölçüde artacaktır.

Numunenin kalınlığını azaltarak kritik alanını birkaç yüz kat artırmak mümkündür. 20 A kalınlığındaki bir süper iletken kurşun filmin kritik alanı 40 T'dir. İnce süper iletken filmlerdeki kritik akım yoğunluğu da güçlü bir şekilde artar.

Yaklaşık 100 A kalınlığındaki katmanlarda akım yoğunluğu 107-108 A/cm2'ye ulaşır .

Manyetik alanın veya akımın frekansı arttıkça, süperiletken kademeli olarak direnç kazanmaya başlar. Bununla birlikte, 107 Hz'e kadar olan frekanslarda pratik olarak hala sıfırdır.

Saf süper iletkenler (niyobyum hariç), 1. tür (grup) süper iletkenler olarak adlandırılır. Süperiletkenlerin çoğu ve halihazırda keşfedilen binden fazlası var, tip 2 süperiletkenler olarak sınıflandırılır. "İkinci türden süper iletkenler" terimi, 1952'de Ginzburg-Landau süper iletkenlik teorisini geliştiren Sovyet bilim adamı A. A. Abrikosov (şu anda ABD'de çalışıyor) tarafından tanıtıldı. Terim, süper iletken ve normal fazların sınırındaki yüzey enerjisinin pozitif olduğu tip 1 süper iletkenlerin aksine, negatif yüzey enerjisine sahip süper iletkenlerin tanımı için gerekli olduğu ortaya çıktı. Sözde Ginzburg-Landau parametresi 1/72'den büyükse negatif yüzey enerjisi oluşabilir.

Ünlü akademisyen L. D. Landau, 1961'de Moskova Devlet Üniversitesi öğrencileriyle bir araya gelerek kendisinden bahsetti. Bakü'de doğdu. Okulda vasat okudum ama matematiği sevdim, 12 yaşında farklılaşmayı, 13 yaşında bütünleştirmeyi öğrendim.

Bakü Üniversitesi'nde aynı anda iki fakültede - fizik ve kimya - okudu, ancak 1924'te Leningrad'a transfer olduğunda fiziği tercih etti. Bilim okumaya ve özel dergilerde öğrenci olarak yayınlamaya başladı, Leningrad Fizik ve Teknoloji Enstitüsü'nde yüksek lisans okulundan sonra bir buçuk yıl boyunca Almanya, İsviçre, Danimarka, İngiltere'de eğitim gördü ve burada Avrupa biliminin W. Pauli, W. Heisenberg gibi tanınmış aydınlarının alçakgönüllülüğü, erişilebilirliği ve samimiyetinden etkilendi. M. Dirac, N. Bohr, A. Einstein. Sonra Leningrad, Kharkov, Moskova'da çalıştı.

L. D. Landau gerçekten sıra dışı bir insandı. Yetenekli, çalışkan, özgün düşünen, yerleşik her şeye meydan okuma konusundaki inanılmaz arzusuyla ünlüydü. Bu nedenle, Tatyana Larina'nın "genel olarak oldukça sıkıcı bir insan olduğuna", yalnızca Lermontov'un vb. Zamanımızın Kahramanı fikrini açıklayabileceğine inanıyordu veya en azından yazdı.

1930'larda yurtdışında bir iş gezisindeyken, evliliğe ilişkin görüşleriyle bir arkadaşını ve ortak yazarı etkiledi. Daha sonra şunları hatırladı: “Landau, burjuva toplumunun temsilcilerini şok eden açıklamalar yapmayı severdi. Onunla Kopenhag'dayken evlendim. Seçimimi onayladı (ve karımla tenis oynadı). Bir gün bize ne kadar süre birlikte olacağımızı sordu. Tabii ki çok uzun zamandır ve evliliği bozmaya niyetimiz olmadığını söylediğimde çok heyecanlandı ve ancak kapitalist bir toplumun kendi içinde iyi bir şeyi bu şekilde aşırı uzatarak üyelerine bozdurabileceğini söyledi.

1937'de Leningrad Fizik ve Teknoloji Enstitüsü (LFTI) müdürü A.F. Ioffe ve LFTI'den sonra çalıştığı Kharkov Üniversitesi'nin liderliği ile tartışan L.D. Landau Moskova'da göründü. PL Kapitsa, onu Fiziksel Sorunlar Enstitüsüne davet eder ve Landau hemen kabul eder.

Hemen yeni, az gelişmiş ve önemli yönlerde - faz geçişleri teorisinde, atom çekirdeğinin istatistiksel teorisinde, elektron yağmurlarının kademeli teorisinde - aktif çalışmaya başladı.

Landau, sıvı helyumun farklı kuantum hallerinde iki sıvının bir tür konglomerası olduğunu öne sürdü. Sıvı helyumun eşzamanlı karşı hareketlerini bu şekilde açıkladı.

Yetenekli fizikçinin çevresinde oldukça hızlı bir şekilde bir çevre, "Landau okulu" oluştu. Oraya ulaşmak kolay olmadı, "teorik minimum" on disiplini içeriyordu, 28 yılda sadece 43 kişi bu sınavları bütünüyle geçti. Rekor (iki buçuk ay) Pomeranchuk'ta kaldı, genellikle başvuranların sınavları hazırlaması ve geçmesi üç yıla kadar sürdü.

Teorik seminerlerde herhangi bir teorik fizik problemi hakkında konuşulabilir. Landau, N. Bohr ile Kopenhag'daki stajından bu yana, o zamanki meslektaşları W. Weiskopf ve R. Peierls ile birlikte fiziği her zaman bir bütün olarak görmek için dar uzmanlıklara bağlı kalmamayı bir kural haline getirdi. Tartışmaların atmosferi son derece demokratikti, eleştirinin tartışılan konunun lehinde olması koşuluyla, bir başkasının görüşlerini keskin bir şekilde eleştirmek mümkündü. Bu yaratıcı atmosferin, daha sonra on cilde ulaşan ve Sovyet biliminin diyapazon görevi gören ünlü "Teorik Fizik Kursu" nun yaratılmasına katkıda bulunması tesadüf değildir.

Kurs 1938'den beri yayınlanmaktadır; yazarlar o zamanlar Landau ve arkadaşı Evgeny Mihayloviç Lifshitz idi. Lifshitz olmasaydı, parkur asla gün ışığını göremezdi. Landau'nun dehasının bir özelliği vardı - hatta büyük zorluklarla mektuplar yazıyordu. Lifshitz bunun hakkında şunları söyledi: “Kendi bilimsel çalışmasını (ortak yazarlar olmadan!) özetleyen bir makale bile yazmak onun için kolay değildi ve bu tür makalelerin tümü onun için uzun yıllar başkaları tarafından yazıldı. Kısa ve öz ifadeye yönelik karşı konulamaz bir istek, onu her cümleyi o kadar uzun süre seçmeye zorladı ki, sonuç olarak herhangi bir şeyi yazma işi - ister bilimsel bir makale, ister kişisel bir mektup olsun - sancılı hale geldi.

Landau'nun tüm kitapları E. M. Lifshitz, A. S. Akhiezer, A. I. Kitaygorodsky, Yu. B. Rumer ve A. Ya. Smorodinsky ile birlikte yazılmıştır; aynısı makalelerinin çoğu için de geçerlidir. R. Peierls, E. Teller ve diğer büyük yabancı fizikçilerle ortak yazarlığının yanı sıra, Landau'nun ortak çalışmalarının büyük bir kısmı, çok sayıda öğrencisiyle (A. A. Abrikosov, E. M. Lifshits, I. A. Pomeranchuk, I. M. Khalatnikov ve diğerleri) işbirliğine dayanmaktadır.

Landau'nun hayatı ve işi, öğrencilerinin hayatından ve çalışmalarından ayrılamaz. Akademisyen Kapitsa'nın dediği gibi Landau, “son derece tuhaf bir araştırma süreci geliştirdi ve bunun ana özelliği, Landau'nun kendi çalışmasını öğrencilerinin çalışmasından ayırmanın zor olması gerçeğinde yatıyor. Öğrencileri olmadan fiziğin bu kadar çeşitli alanlarında nasıl başarılı olabileceğini hayal etmek zor.”

Landau okulunda, bilimsel iletişim gelenekleri derinlemesine algılandı ve geliştirildi, Avrupa'nın en iyi fizik okullarında (Cavendish okulu J. Thomson ve E. Rutherford, N. Bohr'un Kopenhag okulunda) dikkatlice beslendi. Landau'nun bilimsel iletişiminin o kadar yoğun olduğunu, fiziksel kitap ve dergileri okuyamadığını, fırtınalı seminerlerinde öğrencilerden ve meslektaşlarından bilgi aldığını söylemek yeterli.

Landau, ortak yazarları ve öğrencileriyle olan ilişkisine atıfta bulunarak bir keresinde her zamanki mecazi tavrıyla şunları söyledi: “Bazıları öğrencilerimi soyduğumu söylüyor. Bazıları öğrencilerin beni soyduğunu söylüyor. Karşılıklı bir soygun yaşıyoruz desek daha doğru olur.

Fizikçilerin Landau'ya olan bağlılığı ve sevgisi, Landau'nun bir araba kazasında ciddi şekilde yaralandığı 1962'de özellikle telaffuz edildi. Altı yıl boyunca öğrenciler, arkadaşlar ve meslektaşlar bilim adamının hayatı için her gün savaştılar, ancak onu hizmete geri döndürmeyi başaramadılar. İsveç Büyükelçisi Landau'ya hastane koğuşunda Nobel Ödülü takdim etti. Yazar, 1963'te Landau ile sohbet ettiği için şanslıydı. Sözde "kapichnik" olan Fiziksel Sorunlar Enstitüsü'nün bahçesindeydi. Sonra Landau, dairesinden çok uzak olmayan bir bahçe bankında saatlerce oturdu, isteyerek konuştu, soruları yanıtladı, ancak beyninin zaten fizikten daha önemli konularla meşgul olduğu açıktı.

Landau kendi deyimiyle hayatını mutlu yaşadı, her şeyi başardı, elinden gelen her şeyi yaptı.

Bilimdeki ilerlemesini ayık ve mütevazı bir şekilde değerlendirdi. Logaritmik değer ölçeği biliniyor - Landau'ya göre beş sınıftan oluşan bireysel bilim adamlarının ve sonraki her sınıfın temsilcilerinin bilimsel değeri bir öncekinden on kat daha azdı.

Birinci sınıfta Newton, Frenkel, Clausius, Maxwell, Boltzmann, Gibbs, Lorentz ve Planck, Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Dirac ve Fermi'yi sıraladı. Einstein "yarım sınıfa" aitti. Landau kendisini "iki buçuk sınıf" olarak görüyordu, ancak bir gün, özellikle başarılı bir çalışmadan sonra, ikinci sınıfa geçti.

1950'de, kendisini öğrencisi olarak gören Landau ve V. L. Ginzburg (şimdi bir akademisyen), esasen bir malzemede iki elektron sıvısının eşzamanlı varlığı fikrinin bir sonucu olan genelleştirilmiş bir fenomenolojik süperiletkenlik teorisi yayınladılar.

Landau, P. L. Kapitsa tarafından keşfedilen iki "garip" fenomeni - süperiletkenlik ve süperakışkanlık ve sıvı helyum II'nin dar kılcal damarlardan sürtünmesiz akışını karşılaştıran ilk kişiydi ve bunların ilişkili olduğunu öne sürdü. Süperiletkenlik, çok tuhaf bir sıvının - elektroniğin aşırı akışkanlığıdır. Landau'nun bu fikrinin son derece verimli olduğu ortaya çıktı, süperiletkenlik teorilerinin çoğu buna dayanıyor.

Süperiletkenlik teorisinin geliştirilmesinde çarpıcı bir başarı, SSCB Bilimler Akademisi Sorumlu Üyesi A. A. Abrikosov L. D. Landau'nun bir öğrencisinin çalışmasıdır. Ginzburg-Landau denkleminin "ilginç olmayan" özel durumlarından birini ayrıntılı olarak inceledikten sonra, Shubnikov'un süper iletken alaşımların süper iletken metallere göre avantajları hakkındaki uzun süredir devam eden varsayımını teorik olarak doğruladı. Bu teorinin geliştirilmesi için yazarlarına Lenin Ödülü verildi ve "fenomenolojik" teori dünya çapında kabul gördü. Ana hükümleri Abrikosov tarafından Moskova'daki Uluslararası Düşük Sıcaklıklar Konferansı'nda bildirildiğinde, salonda alkışlar uzun süre durmadı.

Böylece teori geliştirildi, fizikçilerin öngördüğü mucizevi özelliklere sahip alaşımların günden güne metalurji laboratuvarlarında ortaya çıkması gerektiğini iddia ediyor...

Ve 1961'de Amerikalı fizikçi J. Kunzler, kalaylı bir niyobyum alaşımını incelerken, bu bileşiğin kesinlikle harika süper iletken özelliklerini keşfeder. 8.8 T'lik en güçlü manyetik alanın bile o zamanlar Amerika Birleşik Devletleri'nde mevcut olduğu ortaya çıktı.

Alaşımın süper iletkenliğini yok edemeyen durumlar. (1961'de ABD'de en büyük araştırma elektromıknatısı 8,8 T'lik bir alan üretti; kendi alanında yeni bir süper iletkenin testleri yapıldı. Kunzler'in makalesinden de anlaşılacağı gibi, mıknatısın alanı süper iletkenliği "kapatmak" için yetersiz kaldı.) E. Alekseevsky, şaşırtıcı özelliklere sahip birkaç başka süper iletken bileşik ve alaşım keşfetti ...

Süper iletken mıknatısların, süper iletken teknik cihazların yolu açıldı...

Birkaç yıl sonra, Kamerling-Onnes'in yalnızca hayal edebileceği mıknatıslar yaratıldı: süper iletken, hafif, ucuz, küçük boyutlu.

Ginzburg-Landau parametreleri 1/72'den büyük olan süperiletkenler temelde çeşitli süperiletken alaşımlardır. GLAG teorisinden (V. L. Ginzburg - L. D. Landau - A. A. Abrikosov - L. P. Gorkov) 2. tip süper iletkenlerin kritik alanlarının ve sıcaklıklarının çok yüksek olması gerektiği sonucu çıkar. Kunzler'in Nb 3 Sn'deki süperiletkenliği keşfi, bu sonucu zekice doğruladı. Daha sonra ortaya çıktığı gibi, birçok alaşımın (örneğin, Nb 3 Ge, V 3 gibi) kritik alanlarıGa, vb.) 20–25 T'yi aşar. Bu süper iletkenler, tip 1 süper iletkenlere kıyasla daha yüksek kritik alanlara ve sıcaklıklara sahiptir. Daha da iyi süperiletken özelliklere sahip süperiletkenlerin yakında keşfedilmesi mümkündür. Böylece bu malzemeler için kritik sıcaklık sınırı 40 K olarak kabul edilir (20 K'yi geçen sıcaklıklara ulaşılmıştır). Bu sınırlama, kafes içinde sürtünme olmaksızın hareket edebilen bir elektron çiftinin oluşumunun kafesin titreşim alanı tarafından belirlendiği, bilinen bir tür süperiletkenlik için geçerlidir. Bu alanda, bir elektron bir miktar salınım yayar ve diğeri onu emer, bunun sonucunda enerji kaybı olmaz ve elektriksel direnç olmaz.

Amerikalı bilim adamı Cooper'ın gösterdiği gibi, süper iletken durumdaki elektronlar çiftler oluşturur. Bu çiftlerin oluşumu, iletim elektronlarının kafes ile antiparalel dönüşlerle (kabaca konuşursak, farklı yönlerde dönen) etkileşimi, aralarında elektriksel itme kuvvetlerinin üstesinden gelen çekici kuvvetlerin ortaya çıkmasına yol açtığında mümkün hale gelir.

Cooper'ın varsayımına dayanarak, yazarların J. Bardeen, L. Cooper, J. Schrieffer'in adlarının yanı sıra N. N. Bogolyubov'un süper iletkenlik teorisinin adını taşıyan BCS süper iletkenliğinin en popüler "mikroskopik" modeli geliştirildi.

Cooper çiftlerini kırmak için biraz enerji gerekir. Sonuç olarak, süper iletken elektronların enerjisi, normal elektronların enerjisinden bir miktar daha düşüktür. Bu farka enerji aralığı denir. Bu, Cooper çiftlerinin oluşumu için sözde foton mekanizmasıdır. Hesaplamalar ,  böyle bir mekanizmanın hiçbir durumda 50 K'yi geçmeyen sıcaklıklarda süper iletkenlik sağlayabildiğini gösteriyor . Elbette bu sıcaklık bile iş için pek uygun değil ama henüz elde edilmiş değil. Germanyum (24 K) ile bir niyobyum alaşımında süper iletken duruma geçiş kaydı neredeyse 10 yıl sürdü.

Elektron çiftlerinin oluşumuna yol açan başka mekanizmalar olabilir mi? 1964'te Amerikalı W. Little, elektronların etkileşime girebileceği ve uzun organik moleküller üzerinde bir elektrik yüküne neden olabileceği bir mekanizmanın varlığını öne sürdü. Aynı zamanda, Akademisyen V. A. Ginzburg teorik olarak Cooper çiftlerinin oluşumu için başka bir sözde eksiton mekanizması keşfetti. Bu teoriler ve o dönemde ortaya çıkan diğer teoriler, süperiletkenliğin oda sıcaklığında bile var olabileceğini tahmin ediyordu; 300 K'da

Deneysel fizikçiler, "şüpheli" malzemeleri - organik polimerler ve "metal iletken" katmanlı yapıları hararetle inceleyerek laboratuvarları terk etmediler. Şanslıydılar - yeni süper iletkenler keşfedildi, ancak ... geçiş sıcaklıklarının düşük olduğu ortaya çıktı. Halihazırda elde edilen 24 K'dan çok daha düşük.

Bilimsel keşiflerin tarihi drama dolu! Organik polimerler ve katmanlı yapılar tarafından taşınan deneysel bilim adamlarının, diğer maddelere, özellikle seramiklere yeterince özen göstermediği ortaya çıktı. 1979'da, SSCB Bilimler Akademisi N. S. Kurnakov Genel ve İnorganik Kimya Enstitüsü'ndeki araştırmacılar I. S. Shaplygin, B. G. Kokhan ve V. B. Lazarev, yeni lantan-stronsiyum ve lantan-baryum seramikleri elde ettiler. Seramiklerin dikkat çekici olduğu ortaya çıktı - akımı sıradan bir metal gibi iletti. Beklendiği gibi seramiklerin elektrik direnci sıcaklık düştükçe azalmıştır. Araştırmacılar testi sıvı nitrojen sıcaklığına (77 K) getirdiler ve durdular ... Bu seramiğin sıcaklığı biraz daha düşürülürse - 40 dereceye düşürülürse ... çok uzun süredir aradıkları inanılmaz bir yüksek sıcaklık süper iletkenine dönüşeceğini beklemiyorlardı!

Ve Nisan 1986'da, IBM'in İsviçre'deki Zürih şubesinden bilim adamları, J. Bednorz ve A. Müller, kimyacılarımızla temelde aynı seramikleri, ancak daha düşük sıcaklıklarda çalışarak, onda 30 K'da süperiletkenliği keşfettiler! Böylece neredeyse 10 yıl süren rekor kırıldı! İlginç bir şekilde, buna hemen inanılmadı ve örneğin, "Physical Review Letters" dergisi, makalenin başlığı "La-Ba-Cu-O sisteminde yüksek sıcaklık süperiletkenliği olasılığı" olmasına rağmen yazarları yayınlamayı reddetti. Alman fizik dergisi makaleyi almayı kabul etti.

Bununla birlikte, bu en önemli makale bile fark edilmedi - 1986'da fiziğin tüm büyük başarılarının kaydedildiği "Bugün Fizik" dergisinin Ocak 1987 sayısında, bu keşif hakkında tek kelime söylenmedi! Her ihtimale karşı, yalnızca bir Japon grubu sonucu iki kez kontrol etti ve yüksek sıcaklık süperiletkenliğinin gerçeğe dönüştüğünden emin oldu! Makalenin yayınlanmasından bir yıl sonra Bednorz ve Müller Nobel ödüllü oldular. İlginç bir şekilde, deneysel keşifleri, genellikle modern araştırma, olağandışı ve pahalı malzemeler veya egzotik teknoloji ile ilişkilendirilen özel ve pahalı ekipman gerektirmedi. Az ya da çok donanımlı herhangi bir laboratuvarda yapılabilir. Daha da ilginç olanı, yazarların deneylerini ortaçağ simyacıları gibi, kabaca söylemek gerekirse, körü körüne, "rastgele", kafalarında doğrulamak veya çürütmek isteyecekleri herhangi bir teori veya fikir yok. Doğru olanı bulana kadar farklı malzeme kombinasyonlarını körü körüne denediler.

Bu tür deneylerde mantık bulmak zordur. Deneyim ve sezgi burada büyük bir rol oynar. Son olarak, iyi şanslar. Akademisyen A.S. Borovik-Romanov şunları söyledi: “... Uzun süre germanyum üzerine fransiyum püskürtmek mümkün değildi. Daha sonra Hollandalı fizikçi Hendrik Casimir, renyumun ara katman olarak kullanılmasını önerdi. Önerisinin mantığı şuydu ... Fransa ve Almanya arasında Ren Nehri "bağlayıcı" bir doğal unsur olarak akıyor. Sonuç tüm beklentileri aştı!!!” (A. Buzdin ve A. Varlamov'un bir makalesinden alıntı yapıyorum).

Gerçek patlama 1987'nin başında başladı. ABD, Çin Halk Cumhuriyeti ve SSCB'nin laboratuvarlarından hararetli bir hızla daha fazla sansasyonel rapor gelmeye başladı. Süper iletken geçişin sıcaklığı kelimenin tam anlamıyla gözlerimizin önünde arttı!

1987. g. — Chu ve meslektaşları, yapıyı değiştirmek için "kimyasal sıkıştırma" fikrini kullanarak, kritik sıcaklığı 93 K olan baryum, itriyum ve bakır oksitlerinden seramik sentezlediler.

11 Mart 1987'de, FIAN'da SSCB Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü süperiletkenlik laboratuvarı başkanı V. L. Ginzburg başkanlığında düzenlenen tüm Moskova fizikçi seminerinde Π. N. Lebedeva, AI Golovashkin, kendisinin ve işbirlikçilerinin seramik örneklerinden birinde 102 K'lık bir süper iletken geçiş sıcaklığı elde etmeyi başardıklarını bildirdi Altı ay önce düşünülemez görünen bir kilometre taşı aşılmıştı! İlk kez, çeyrek asır önce tahmin edilen Cooper çiftlerinin oluşumu için foton olmayan bir mekanizma keşfedildi.

1988. yıl - Maeda ve meslektaşları, bir dizi bizmut, stronsiyum, kalsiyum, bakır bileşiği oksitlerini sentezleyerek, bunlardan biri için 108 K kritik bir sıcaklık elde etti ve bir ay sonra, Sheng ve Herman, 125 K kritik bir sıcaklığa sahip bir titanyum, baryum, kalsiyum, bakır oksit bileşiği elde etti.

1993 - Moskova Devlet Üniversitesi Kimya Fakültesi üyelerinden E. V. Antipov ve S. N. Putilin, 135 K kritik sıcaklık değerine sahip cıva, baryum, kalsiyum, bakır oksit bileşiklerini keşfettiler ve 350 bin atmosferlik bir dış basınçta, süper iletken geçişin sıcaklığı 164 K'ye çıkıyor. Bu, Dünya'da kaydedilen en düşük "doğal" sıcaklıktan sadece birkaç derece daha düşük!

Ve bilim adamları "oda sıcaklıklarını" - yaklaşık 0 ° C'ye fırlatıyorlar. Belki de bu kitap yayınlandığında, "oda" süper iletkenleri gerçek olacak!

Süperiletkenlik mekanizması tamamen farklıysa, daha yüksek kritik sıcaklıklar elde etmek mümkündür. Böylece, 1000 K kritik sıcaklığa kadar lineer polimerlerde süperiletkenlik olasılığı basında tartışıldı.

Tip 1 ve tip 2 süper iletkenlerin özellikleri önemli ölçüde farklılık gösterir: örneğin, tip 2 süper iletkenlerde süper iletken duruma geçiş, geniş bir manyetik alan değerleri aralığında çok düzgün gerçekleşir.

Tip 2 süperiletkenler manyetik alanlara karşı geçirgen olduklarından ve homojen olmayan bir bileşim varlığında histerezise sahip olduklarından, onları alternatif akımla beslemek veya alternatif bir manyetik alana yerleştirmek enerji kayıplarına neden olur. Bir niyobyum-zirkonyum (%25 zirkonyum) alaşımı için 50 Hz frekanstaki bu kayıpların, 1 m uzunluğundaki bir süper iletkenden 10 kA'lik bir akım geçmesi durumunda 0,3 kW olduğu gösterilmiştir. Bu kayıplar, süperiletkenin boyutu küçültülürse, örneğin onu ince liflere bölerek veya gözenekli bir malzemeye presleyerek önemli ölçüde azaltılabilir.

Bu tür "sentetik" süperiletkenlerin en az iki avantajı vardır: birincisi, süperiletkenin boyutu küçüldükçe süperiletkenlik özellikleri gelişir; ikincisi, sentetik süper iletkenin süper iletken olmayan bölgelerindeki girdap akımı kayıpları azaltılır.

Kamerling-Onnes'i hatırlarsak, saf bir fizikçiden çok bir mühendis olarak, 1913'te enerji tüketmeyen 10 T süper iletken bir elektromıknatıs yapmaya karar verdi. Kamerling-Onnes, bir süperiletkenin direncinin sıfır olduğu sonucuna vardığından, süperiletken halkadaki akım azalmadan sonsuza kadar dolaşacaktır. Bildiğiniz gibi herhangi bir akım bir manyetik alan oluşturur. Öyleyse neden süper iletken bir teli enerji ile çalıştırılması gerekmeyen güçlü bir elektromıknatıs yapmıyorsunuz? Bu elektrik mühendisliğinde bir devrim olacaktı ve insanlık sadece mıknatısların sargılarında değil, elektrik makinelerinin ve transformatörlerin sargılarında da boşa harcanan milyonlarca kilovatlık elektriği kurtaracaktı. Son olarak, elektriği süper iletken iletim hatları üzerinden kayıpsız iletmek mümkün olacaktır.

Ne yazık ki, Kamerling-Onnes'in 10 T süper iletken solenoid hayali, en azından yaşamı boyunca gerçekleşmeye mahkum değildi. Kamerling-Onnes süperiletkenden önemli bir akım geçirmeye çalışır çalışmaz, süperiletkenlik ortadan kayboldu. Kısa süre sonra, zayıf bir manyetik alanın (bir Tesla'nın en fazla birkaç yüzde biri kadar bir indüksiyon) süperiletkenliği de yok ettiği ortaya çıktı. Kalıcı mıknatısların yardımıyla bu tür zayıf alanlar çok daha kolay elde edilebildiğinden, o zamanlar kimse süper iletken mıknatıslar yaratma fikrini ciddiye almadı. Bu oldukça üzücü keşif, o zamandan beri süper iletken mıknatıslar hakkında konuşmayı anlamsız hale getirdi.

Güçlü süper iletken mıknatısların yapımına yönelik umutlar, neredeyse yirmi yıl sonra, 1930'ların başında, Leiden laboratuvarındaki odacıkların halefleri olan Hollandalı fizikçiler de Gaaz ve VUGD'nin (tamling-Onnes 1926'da öldü, keşiflerinin pratik kullanımına başlamadan önce asla hayatta kalamadı), gystoma ile kurşun alaşımının 1,5 T'yi aşan Alanlar büyüklüğünde üstün olmaya devam ettiğini belirlediklerinde yeniden canlandı. Bu keşif, en azından böyle bir alana sahip süper iletken mıknatıslar yapmayı mümkün kıldı. Ancak, hiç kimse bu mıknatısları yapmadı. O zamanlar Leiden Laboratuvarı'nın yöneticisi olan ünlü fizikçi Keesom, manyetik alan varlığında kurşun ve bizmut alaşımındaki süper iletkenliği kapatan maksimum akımların ihmal edilebilir düzeyde olduğunu açıkladı. Karar verildi.

Belki de süper iletken mıknatısların tarihindeki en dramatik olay gerçekleşti. Daha sonra, Keesom'un yapmaya hakkı olmayan bir şey yaptığı ortaya çıktı: zayıf alanlarda elde ettiği verileri güçlü alanlar bölgesine tahmin etti. Maalesef Keezom fazla otoriterdi. Sonuçlarını öğrenir öğrenmez, fizikçiler süper iletken bir mıknatıs yapma ümidini bıraktılar ve başka problemlere yöneldiler. Bu arada, kurşun-bizmut alaşımı için 2 T'ye kadar olan alanlardaki kritik akımın, oldukça güçlü süper iletken mıknatıslar oluşturmaya yetecek kadar yüksek olduğu artık biliniyor. Keesom'un otoritesi fiziğe çok pahalıya mal oldu: süper iletken mıknatısların yapımı neredeyse 30 yıl ertelendi.

Ancak Kunzler ve işbirlikçilerinin 1961'de bir niyobyum ve kalay alaşımından (Nb 3 Sn) yapılmış bir tel parçasının, bu telden aynı anda 1000 A/mm 2'lik bir akım geçtiğinde bile 8,8 T'lik bir alanda süper iletken kaldığını açıklamasının ardından , süper iletkenlik tarihinde yeni bir dönem başladı.

Yeni keşfedilen süperiletkenlerin özellikleri, teknolojide kullanımlarına yönelik planları gerçekçi hale getirdi. Süperiletkenlik, adeta ikinci bir yaşam olarak başladı, ancak şimdi ilginç bir laboratuvar fenomeni olarak değil, mühendislik uygulamaları için çok ciddi umutlar açan bir fenomen olarak. Ama burada da zorluklar vardı.

Her şey bu kadar iyi çıktıysa, o zaman geleneksel mamut benzeri mıknatısların neden henüz kullanılmadığı merak ediliyor? Süper iletken mıknatıslar neden hak ettikleri yeri henüz kazanamadı?

Belki de her şeyden önce bunun nedeni, iyi özelliklere sahip süper iletkenlerin çok kaprisli olmalarıdır. Bunları ele almak, bilim adamlarının süperiletkenliğin doğası hakkında yeni teknolojik çözümler ve yeni fikirler aramasını gerektirdi. Elektromıknatıslarda başarıyla kullanılabilen süper iletken elektrik malzemeleri zaten yaratılmıştır. Bunlar arasında örneğin niyobyum-zirkonyum-titanyum ve niyobyum-titanyum gibi alaşımlar bulunur. İyi çalışırlar ve tel haline getirmeleri nispeten kolaydır. Ancak kötü diller, bilim adamlarının kendileri hala yaptığı için bu telin pahalı olduğu konusunda şaka yapıyor. Ancak süper iletken tel üretimi fabrikalarda çoktan kuruldu ve maliyeti sürekli olarak düşüyor.

Bununla birlikte, en umut verici süper iletken malzemeler (niyobyum-kalay ve vanadyum-galyum alaşımları) son derece kırılgandır (örneğin, vanadyum-galyum alaşımı parmakla kolayca toz haline getirilir). Bu nedenle, bu tür bileşikler, esnek tüpler içinde paketlenmeli veya esnek bir substrat üzerine bırakılmalıdır. Böylesine karmaşık bir üretim teknolojisi bile kendini haklı çıkarır. İşte sadece bir gerçek. Bir niyobyum-kalay alaşımı tabakası ile kaplanmış bir çelik banttan sarılmış süper iletken solenoidlerde, 17 T'ye kadar manyetik alanlar elde edilmiştir. Ve bu, süper iletken olmayan bir mıknatısı aynı parametrelerle çalıştırmak için gerekli olacak birkaç on ton yerine birkaç on kilogramlık bir mıknatıs kütlesi ve birkaç bin kilovat yerine neredeyse sıfır elektrik tüketimi ile!

Süper iletken solenoidler neredeyse hiç enerji olmadan çalışabilirler çünkü içlerinde bir kez uyarıldığında akım pratik olarak azalmaz.

Helyum sıvılaştırıcıda harcanan ve mıknatısları düşük sıcaklıklarda tutmak için gereken enerji miktarı, süper iletken olmayan mıknatıslarda harcanan muazzam miktarlarla karşılaştırıldığında hiçbir şey değildir.

Elbette, süper iletken mıknatıslar yapmak kolay olmaktan uzaktır. Süper iletken mıknatıs tasarımcılarının karşılaşmak zorunda kaldığı ciddi ve beklenmedik zorluklardan biri, solenoidlerdeki süper iletken telin sözde bozunma sorunudur. Bozulmanın özünü anlamak için, örneğin bir kirişin dayanabileceği yükün nasıl belirlendiğini hatırlayalım. Bunun için elbette test etmek gerekli değildir. Sadece kirişin yapıldığı malzemeyi ve işteki yükünün doğasını bilmek gereklidir. Ve malzemenin mukavemeti bilindiğinden (küçük numunelerin test edilmesi sonucunda ölçülür), her şey basit hesaplamalara indirgenir. Kabaca konuşursak, kirişin kesiti numunenin kesitinden kaç kat daha büyükse, bu kiriş birçok kez büyük bir yüke dayanabilir. Tek kelimeyle, kiriş ne kadar uzun veya kalın olursa olsun,

Ancak süper iletken alaşımlar için bu basit bağımlılıklar mevcut değildir. Bir telin kesiti, aynı malzemeden yapılmış diğerinin kesitinden 10 kat daha büyükse, bu, birincisinden 10 kat daha büyük bir akımın geçebileceği anlamına gelmez. Ek olarak, bir tel parçası üzerinde ölçülen bir süperiletkenin özellikleri, bobinlerin etrafına sarılmış uzun tel parçalarının özellikleriyle eşleşmez. Aslında, bir alan için tasarlanan bobinler, bir başkasını çok daha düşük verir.

Bu fenomen, manyetik alanın süperiletkene sözde akı kuantumu şeklinde nüfuz etmesi gerçeğiyle açıklanmaktadır. Akışın penetrasyonu ani bir yapıya sahip olduğundan ve zaman içinde alandaki herhangi bir değişiklik bir EMF'nin ortaya çıkmasına neden olduğundan, telin bazı bölümlerinde girdap akımları oluşur, tel ısınır ve erkenden normal, süper iletken olmayan bir duruma aktarılır. Bu nedenle, bobinin hacmini ve kütlesini, kısa ve uzun tel parçalarının özellikleri aynı olsaydı sahip olacaklarına kıyasla artırmak gerekir. Bu, ekonomik nedenlerle çok kârsızdır: süper iletken tel hala pahalıdır (1 kg başına binlerce dolar).

Şu anda, bozulma sorunu yoğun bir şekilde araştırılmaktadır. Bazen halledilebilir. Bozulma, örneğin süper iletken telin bakırla kaplanmasıyla azaltılır. Bakır tabakanın kalınlığının artmasıyla süper iletken solenoidlerin özelliklerinin önemli ölçüde arttığı ortaya çıktı. Bu nedenle, bazı araştırmacılar, süper iletken mıknatıslar için en iyi malzemenin ... içine süper iletkenin bastırıldığı bakır olduğu sonucuna vardılar! Bu tür sistemlerde, bozulma etkisi tamamen yoktur.

Düşük sıcaklıklar elde etmek için, 4,2 K'de sıvıya dönüşen helyum kullanılır. Sıvı helyum içeren bir kaba giren en küçük miktarda ısı bile hızlı buharlaşmasına neden olabilir, bu nedenle sıvı helyum, son derece iyi ısı yalıtımına sahip özel kaplarda saklanmalıdır.

Süper iletken mıknatıs tasarımcılarının aslında bu sorunu çözmesi gerekmiyordu. Uzay araştırmalarıyla uğraşanların gerçekleştirdiği gelişmelerin meyvelerinden yararlandılar. Kriyostat gemilerinde roket yakıtı depolama sorunu üzerinde çalışan SSCB ve ABD bilim adamlarının ve mühendislerinin başarıları, güvenilir bir tasarımın ve bu tür gemilerin izole edilmesi için etkili bir yöntemin oluşturulmasına yol açtı. Sıvı helyumu birkaç ay saklayabilirler.

Gaz halindeki helyumu soğutmanın bugüne kadarki en ilerici yöntemi, Akademisyen P. L. Kapitsa tarafından 1934 yılında oluşturulan bir piston genişletici yardımıyla sıvı halde elde etme yöntemidir. Bu yöntemin özü, gaz halindeki helyumun özel bir kapta - bir genişletici, pistonu iterken genleşmesidir, yani. bazı işleri enerji vererek yapar. Bu durumda helyum soğutulur. Döngüyü birçok kez tekrarlayarak, prensip olarak helyumun 4,2 K'ye kadar soğumasını ve bir sıvıya dönüşmesini sağlamak mümkündür. Bununla birlikte, çoğu zaman, bir piston genişleticide helyumla soğutma, kısma gibi diğer soğutma yöntemleriyle birleştirilir.

Kısma sırasında, önceden sıkıştırılmış ve soğutulmuş helyum, genişlediği dar bir yuvadan - bir kısma kolundan geçirilir. Kısma sırasında soğumanın fiziksel özü (Joule-Thomson etkisi), kısmada genleşme sırasında meydana gelen gazın hacmindeki artışla birlikte gazdaki moleküller arası mesafelerin artması ve çekim kuvvetlerine karşı bir miktar iş yapılmasıdır. Gaz iç enerjisini kaybeder ve bu nedenle soğur.

Helyumun "klasik" genişletici sıvılaştırıcılarından biri, SSCB Bilimler Akademisi Fiziksel Sorunlar Enstitüsü'nde yaratıldı. Çalışma prensibini açıklayalım.

Pistonlu kompresör gaz haznelerinden gelen helyumu sıkıştırarak sıvılaştırıcıya besler. 22-23 atm'ye sıkıştırılmış yaklaşık 350 m3 /h gaz helyum buraya girer . Önce helyum sıvı nitrojen (70 K) banyosunda soğutulur. Daha sonra soğutulmuş helyumun bir kısmı piston genişleticiye girer, burada helyum genişler, pistonu hareket etmeye zorlar ve bu sırada helyum sıcaklığı 11-12 K'ye düşer. Artık yeni helyum kısımlarını soğutmak için soğuk helyum kullanılıyor. Gaz halindeki soğutulmuş helyumun başka bir kısmı, gazın bir gaz kelebeğinden geçmeye zorlandığı gaz kelebeği aşamasına girer. Bu durumda, zaten iyice soğutulmuş gaz daha da soğur ve kısmen bir sıvıya dönüşür (başlangıçta mevcut olan helyum miktarının yaklaşık% 10'u sıvılaştırılır).

Cihazın üretkenliği 45 l/h, güç tüketimi 2,5 kwh/l sıvı helyumdur. Bununla birlikte, böyle bir performans sınır değildir. 20. yüzyılın sonunda ülkemizde ve ABD'de 200 l/h ve üzeri kapasiteli helyum sıvılaştırma tesisleri oluşturulmuştur. Bu performans küçük mü büyük mü?

Sıvı helyumun buharlaşma ısısı o kadar düşüktür ki, sıvı helyum içinde çalışan 4 W'lık bir ampul 1 saatte 50 litreden fazla sıvı helyumu buharlaştırır!

Bununla birlikte, süper iletken sargılarda direncin tamamen olmaması ve sonuç olarak ısı salınımının olmaması, en büyük sargılar için bile bu miktarlarda sıvı helyumla idare etmeyi mümkün kılar. Sadece süperiletken sargının bulunduğu bölgenin çok iyi ısı yalıtımının sağlanması önemlidir, böylece bu bölgeye dışarıdan ısı girmez.

En iyi ısı yalıtımı, yüksek vakumdur (artık basınç ІО 5 ־—ІО 6- mmHg.). Bu durumda artık gazın termal iletkenliği, gözle görülür herhangi bir ısı transferi sağlamak için ihmal edilebilir düzeydedir. Vakum yalıtımı ile radyasyon yoluyla ısı transferi belirleyici hale gelir. Yüksek sıcaklıktaki bir bölgeden düşük sıcaklıktaki bir bölgeye ısı transferini ortadan kaldırmak veya en azından önemli ölçüde azaltmak için, vakumda radyasyon yoluna bir tür soğutucu ile soğutulan yansıtıcı ekranların yerleştirilmesi gerekir. Radyasyonla ısı transferi, yüzey sıcaklıklarının dördüncü kuvvetleri arasındaki farkla orantılı olduğu için ekran soğutması gereklidir. Bu fark azaltılarak daha da büyük bir ısı yalıtım etkisi elde edilebilir. Sıvı nitrojenle soğutulan bir elek takmanın, düşük sıcaklık bölgesine ısı akışını 200 kat azalttığını söylemek yeterli!

Sıvı helyum, özel Dewar kaplarında depolanır. Belirli bir hacme sahip bir küre en küçük yüzeye sahip olduğundan ve yüzeyin her bir ekstra santimetresi, kaba ekstra bir ısı akışı olduğundan, genellikle küresel bir şekle sahiptirler! En sık kullanılan kap (model SD-10G) yaklaşık 10 litre sıvı helyum tutabilir. Helyum, oda sıcaklığında küresel bir mahfazanın içine yerleştirilen nitrojen banyosunun içinde bulunan küresel bir rezervuarda bulunur. Dış kasa ile kaplar arasındaki boşlukta nitrojen ve helyum ile derin bir vakum oluşturulur. Böyle bir kapta günde %2'den fazla helyum kaybolmaz.

Daha büyük kapasiteli standart kaplar vardır, örneğin 50, 80, 100 litre. Süper iletken teknolojisinin gelişimi çok daha büyük kapasitansların oluşmasına yol açacaktır. Şu anda bile, merkezi helyum tedariki için 10-30 bin litre kapasiteli helyum tankları kullanılıyor. Bu devasa cihazlarda, biraz farklı ısı yalıtım ilkeleri kullanılmaktadır. Burada çok katmanlı vakum ekran yalıtımı kullanılır. Fiberglas veya cam kağıt gibi ısı yalıtım malzemeleriyle döşenmiş, çok sayıda alüminyum folyo tabakasıyla doldurulmuş bir vakum boşluğudur. Bu ekranların sayısı çok fazla olabilir (100'den fazla).

Süper iletken elektrik hatlarının oluşturulmasında yer alanlar için özellikle akut olan borulardan sıvı helyum pompalama sorunu da prensipte çözülmüş sayılabilir. Bu tüplerin oluşturulduğu prensip, pratikte Dewar kaplarının yaratılmasında kullanılanla aynıdır. Bu, sıvı nitrojen sıcaklığında olan ve sırasıyla normal sıcaklığa sahip bir dış mahfazaya yerleştirilmiş eşmerkezli bir ekranla çevrili, sıvı helyum içeren bir iç tüptür. Helyum tüpünün iç yüzeyinde bir süper iletken film biriktirilir ve bu tür bir elektrik hattının iletkenidir.

Büyük kriyojenik sistemler yaratma alanındaki ilk deneyler cesaret verici sonuçlar getiriyor. Yakın gelecekte bu alanda yeni muhteşem başarılara tanık olacağımızdan emin olabiliriz.

Manyetik alanı oda sıcaklığında bulunan bir süper iletken mıknatıs yaratma sorunu da başarıyla çözüldü. Efremov, I.V. Kurchatov Atom Enerjisi Enstitüsü ve SSCB Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü çalışanları tarafından geliştirilen ve inşa edilenler bu yoldaki dikkate değer başarılardan biri olarak kabul edilebilir. Oda sıcaklığında bir alana sahip süper iletken bir solenoidin alanını 15 T kadar acı bakır su soğutmalı bir solenoidin alanına eklediği bir "hibrit" mıknatısın N. Lebedev - toplam alan 25 T'dir.

1982'de Osaka'da düzenlenen Uluslararası Güçlü Manyetik Alanlar Sempozyumunda, bir grup Amerikalı araştırmacı (L. Rubin ve çalışma arkadaşları), 30 T hibrit bir elektromıknatıs yapmayı başardıklarını bildirdi.

Bozulmaya karşı kazanılan zafer ve süperiletkenleri ultra düşük sıcaklıklara soğutma teknik sorununun çözümü, bilim adamlarının plazma, manyetohidrodinamik (MHD) kurulumları ve kabarcık odalarını incelemek için benzersiz süper iletken manyetik sistemler yaratmalarına olanak sağladı. Örnek olarak, 20 cm çapında ve yaklaşık 1.5 m uzunluğundaki silindirik bir hacimde 4 T'lik bir manyetik alan oluşturabilen ABD'de yapılmış bir süper iletken mıknatıstan bahsediyoruz. Kabarcık odası için süper iletken bir mıknatısta, 18 cm çapındaki bir hacimde 7 T'lik bir alan elde edilmiştir. Manyetik alanı yaklaşık 2 T olan ve çapı 5 m'ye kadar çalışma hacmine sahip süper iletken manyetik sistemler oluşturulmuştur.

Bilim adamları, süperiletkenlerin soğuk dünyasını fethederken, çözülmüş sayılan birçok sorunu çözmek zorunda kaldılar. Örneğin, süper iletken bir cihaza güç sağlamak için hangi akım kaynağı uygundur? Nispeten küçük akımlardan bahsediyorsak, prensipte normal piller, jeneratörler veya akümülatörler uygundur. Ancak kesiti 1 mm2 olan bir süperiletkenden geçebilecek akım1000 A, aynı kesitteki bir bakır iletkenden geçen akımın 100 katından fazladır. Süper iletkenlerin bu muazzam avantajı, mühendisler için yeni bir zorluk haline geldi. Ne de olsa bu akım, oda sıcaklığında çalışan bir jeneratörden elde edilmeli ve ancak o zaman teller aracılığıyla süper iletken bir mıknatısın yerleştirildiği sıvı helyumlu bir kriyostata aktarılmalıdır. Akım taşıyan (ve süper iletken olmayan) tellerin kesiti, süper iletkenin kesitinin en az 100 katı olmalıdır. Böylesine büyük bir enine kesitte, geniş bir açık kapıdan olduğu gibi, odadan gelen ısı (Fourier yasasına tam olarak uygun olarak) bir çığ gibi kriyostatın içine akacak, helyum anında kaynayacak ve süperiletkenlik kaybolacaktır.

Bu nedenle tasarımcılar, kriyostatın dışında değil içinde büyük akımlar üretecek bu tür cihazlar yaratma göreviyle karşı karşıya kaldılar. Bu, süperiletkenlerin diyamanyetizmaları gibi özel özellikleri kullanılarak yapıldı. Fiziksel laboratuvarlarda bazen gösterilen bir "yüzen mıknatıs" ile yapılan deneyi açıklayan tam olarak diyamanyetizmadır. Yüzen mıknatısın açıklamaları, düşük sıcaklık fiziğine ayrılmış kitapların sayfalarını terk etmez. Ancak sadece bunlar değil...

“... Kayaların arasından biraz yürüdüm, gökyüzü tamamen açıktı ve güneş o kadar şiddetli yanıyordu ki ondan uzaklaşmak zorunda kaldım. Aniden hava karardı, ama hiç de bir bulutun Güneş'i kapladığı zamanki gibi değil. Arkama baktım ve havada büyük, opak bir cisim gördüm, güneşi engelliyor ve adaya doğru ilerliyor ... Bu cisim bana yaklaştıkça bana katı görünmeye başladı; tabanı düz, pürüzsüz ve parlak bir şekilde parlıyordu, denizin güneş tarafından aydınlatılan yüzeyini yansıtıyordu ... "

"Önce bir cerrah, sonra birkaç geminin kaptanı" olan Lemuel Gulliver'in gördüğü şey uçan bir adaydı. Kalınlığında, Dünya'nın kalınlığında bulunan belirli bir maddeden başlayarak bir kaldırma kuvveti oluşturan elmas desteklere bir mıknatıs yerleştirildi!

Swift'in iki yüz yıl içinde Moskova fizikçisi V. K. Arkadiev'in bu "çılgın" fikri biraz farklı bir ölçekte de olsa neredeyse aynı biçimde somutlaştıracağını hayal etmesi pek olası değil. Tecrübesine göre, küçük bir mıknatıs herhangi bir destek olmaksızın kurşun bir levhanın üzerine asılmıştı. Daha sonra "Muhammed'in tabutu" olarak adlandırılan bu deney (efsaneye göre, peygamberin vücudunun bulunduğu tabut uzayda herhangi bir destek olmaksızın asılıydı), kurşunun bir süper iletken haline geldiği mutlak sıfıra çok yakın bir sıcaklıkta gerçekleştirildi. V.I. Ozhogin'in önerisi üzerine, genç bilim adamı A.V. Inyushkin, Arkadiev'in deneyinin modifikasyonunu I.V. "Sıcak" bir mıknatıs, paslanmaz çelik bir Dewar'da gizlenmiş süper iletken bir kurşun çemberin üzerinde asılı duruyor. Bizim için bu deneylerde, bazı süperiletkenlerin ideal diamanyetizmasını göstermesi özellikle önemlidir.

Süperiletkenlerin diamanyetizması, yaklaşık 0,001 mm derinliğe kadar uzanan bir yüzey etkisidir. Süper iletkenin yüzeyi, dış manyetik alanın kuvvet çizgilerini yansıtan bir tür "manyetik aynaya" dönüşür. Orijinalin düşen bir mıknatıs olduğunu ve "manyetik aynadaki" yansımasının tamamen aynı manyetik alanlara sahip olduğunu varsayabiliriz. Orijinalin kuzey kutbunun olduğu yerin altında, kuzey kutbunun bir yansıması var. Bu kutuplar denge sağlanana kadar birbirini iter; mıknatısın itme kuvveti ve "iki katı" mıknatısın kütlesine eşit olur.

Manyetik ayna prensibi çok sayıda uygulama bulabilir. Örneğin, bir elektron demetinin bir manyetik alan tarafından odaklandığı elektron mikroskoplarında, bir süper iletken folyo, mikroskobun çözünürlüğünü, tek tek atomların ayırt edilebilir hale geldiği ölçüde artıracaktır.

Bir iletkenin süperiletken ve normal hallerinin manyetik özellikleri o kadar farklıdır ki, iki farklı malzemeden söz edilebilir. Buradan, özellikle, örneğin, bir süper iletken halkanın hiç bir deliği olmaması gerektiği sonucu çıkar - olağan mekanik anlamda bir delik. Deliksiz bir süperiletken plaka, kenarla temas etmeyen noktalarından en az birinde süperiletkenlik kırılmışsa, manyetik olarak bir halka olarak kabul edilebilir.

Bir süper iletkende süper iletken olmayan veya "normal" bir bölge çeşitli şekillerde oluşturulabilir: bir noktada kritik sıcaklığı aşan bir sıcaklığa ısıtarak, yerel manyetik alanı güçlendirerek; süper iletkenin küçük bir alanını dar bir ışık demeti ile aydınlatın (ikinci durumda, ısı salınımı nedeniyle süper iletkenlik de kaybolur).

Bir süperiletkenin yüzeyindeki normal bölgenin ("delik") konumunun kolayca değiştirilebilmesi gerçeğinden yararlanırsanız, bir manyetik akı akümülatörü veya bazen de adlandırıldığı şekliyle bir topolojik üreteç oluşturabilirsiniz. Bu tasarımda özellikle dikkat çeken nokta, doğru akımın cihazın sabit kısmından alınmasıdır. Aslında, bu cihaz, temel uygulanamazlığı birçok kez kanıtlanmış olan fırçasız bir DC jeneratörüdür. Bu tür yüzlerce "imkansız" cihaz şu anda Sovyet, Amerikan ve Hollanda laboratuvarlarında çalışıyor.

İmkansız kabul edilen cihazlar arasında DC trafosu var. Süper iletken olmayan bir transformatörün sekonder sargısında doğru akım elde etmek gerçekten imkansızdır. Birincil sargısına bir doğru akım uygulanırsa, ikincil sargıda zayıf bir akım darbesi görünecektir  , ancak ikincil sargının elektrik direnci nedeniyle hızla azalır.

Transformatörün sekonder devresi süper iletken ise, birincil sargıya akım uygulandığında, sekonderde bir EMF indüklenecek ve artık buna neden olan bir EMF olmadığında bile sönümlenemeyen bir akıma neden olacaktır. Bu tür DC transformatörlerin yardımıyla, sıvı helyumlu bir kriyostata ince iletkenler aracılığıyla küçük bir akım sağlayarak onu dönüştürmek ve 25 bin A'ya çıkarmak mümkün oldu.

Böylece süperiletkenlerin özel özellikleri, aynı özel niteliklerden kaynaklanan zorluklara karşı test edilmiş oldu. Bu yaklaşım sayesinde, süper iletken bir elektromıknatısın birkaç bin amperlik bir akımla beslenebildiği jeneratörler ve transformatörler zaten geliştirildi! Ve bu akım, oda sıcaklığı bölgesinden jeneratöre veya transformatöre sadece birkaç amperlik akım verildiği bir zamanda süper iletken sargı boyunca dolaşır.

Bu cihazlar ayrıca süper iletken mıknatıslar, yani sıvı helyum tüketimini azaltmaya yardımcı olur. onları daha da ekonomik hale getirir.

Süper iletken mıknatısların geleceği ile ilgili şimdiden hangi tahminler yapılabilir? Şimdi, birkaç metreküple ölçülen bir çalışma hacminde yaklaşık 25 T'lik bir alan yaratan süper iletken mıknatısların inşa edileceği zamanın çok uzak olmadığı açıktır.

Tüketici uyanıyor...

Manyetik organlar, "manyetik Faturalar" ve "manyetik Geçitler" hakkında; mıknatıslarla tahıl nasıl elenir, cevher nasıl ayıklanır, sahil kumu nasıl temizlenir ve suçlular nasıl yakalanır; tekerleksiz manyetik trenler, manyetik oyuncaklar ve manyetik dokunaçlar hakkında; son olarak, manyetik alanın her şeye gücü yettiği, ancak görünmez olduğu gerçeğinden yararlanarak insanları nasıl kandıracağını bilen sihirbazlar, sahtekarlar ve düzenbazlar hakkında.

Romagnosi, Oersted, Ampère, Sturgeon, Henry ve Joule'un keşiflerinden sonra insanlık, şimdiye kadar duyulmamış gücün mıknatıslarını ele geçirdi. Bu gücü nereye yönlendirmeli? Elektromıknatısların yardımıyla büyük kuvvetler elde etmenin kolaylığı, bu yeniliklerin kelimenin tam anlamıyla en ufak bir ciddi çabanın bile uygulanması gereken tüm cihazlarda kullanılmasına yol açtı. Birkaç yıldır bilim adamları, eline ilk kez bir mıknatıs alan, gözüne çarpan her şeyi çekmeye çalışan bir çocuk gibi oldular: tırnaklar, jiletler, yatak, komşunun kedisi. Elektromıknatıslar fiziksel laboratuvarlarda, aristokrat salonlarında ve doktor muayenehanelerinde çok sayıda ortaya çıktı.

Eski dergilerden birinde, Amerikan şehri Garden City'nin katedraline yerleştirilmiş manyetik bir organın açıklaması var. Bu organda kapakçıklar özel mıknatıslar yardımıyla açılırdı. Organist bir tuşa bastığında, mıknatıs devresine bir akım uygulandı, mıknatıs, ses çıkarması gereken tüpün valfine bağlı bir çubuğu çekti. Bu işlem o kadar hızlı gerçekleşti ki, bir boru dakikada altı yüz kez ses çıkarabilecek hale getirildi. Böyle bir manyetik organ üzerinde çok ustaca şeyler yapılabilir.

Daha 1869'da mıknatıslar, jakarlı tezgahların tahrikinde ve metal plakalarda delik açmak için yaygın olarak kullanılıyordu. Ama her şeyden önce, elbette, elektromıknatıslar amaçlarına uygun olarak kullanılmaya başlandı - ağır demir nesneleri kaldırmak için. İlk başta, bilimsel laboratuvarlarda kaldırma mıknatısları üzerinde çalışıldı. 1864'te, Free Academy of New York'ta 260 kg ağırlığında bir elektromıknatıs yaratıldı, "bir kez yedi kişiyi kaldırdı ve daha ne kadar kaldırabileceğini kimse bilmiyor." Charles ve Chesder tarafından yapılan bu mıknatıs, 10 cm çapında iki yuvarlak yumuşak demir çubuktan oluşuyordu.

1 m uzunluğunda V harfi şeklinde bağlanmıştır. Çubukların üzerine pamuklu kumaş ile izole edilmiş 80 kg bakır tel sarılmıştır. Mıknatısı odanın etrafında hareket ettirmek için bir el arabası kullanıldı.

Bu büyük mıknatıslardan birkaç tane daha yapıldıktan ve herkes onların gücünü, güvenilirliğini, kompaktlığını ve kullanışlılığını gördükten kısa bir süre sonra, metalurji ve metal işleme fabrikalarında demir ve çelik parçaları kaldırmak için elektromıknatısların kullanılması önerildi. Cleveland'ın çelik fabrikalarında manyetik vincin doğuşu, 1888 tarihli Pittsburgh Press'te şöyle anlatılıyor.

"Mıknatısı üretim koşullarında test etmek için bir vinçten bir kabloya asıldı. Demir zincir manyetize edildiğinden ve işe müdahale ettiğinden süspansiyon bir ip ile gerçekleştirildi. 5.5-6 A'lik bir akım mıknatısı uyarmak için yeterliydi.Aynı zamanda 320 kg'lık bir yük de rahatlıkla kaldırılıyordu ki bu akım kesildiğinde kolayca düşebiliyordu... Mıknatısın fırlatıldığı dükkanda 14 veya 15 kişinin demir taşıması bekleniyordu. Mıknatısın fırlatılmasıyla, kendilerini ona göre Othello konumunda buldular, çünkü bir çocuk şimdi bir düğmenin yardımıyla tüm bu çetenin tüm işini yapmaya başladı.

Pittsburgh gazetecisinin sert mizahıyla, kapitalizm altındaki teknolojik ilerlemenin pek çekici olmayan bir resmi parlıyor. Ancak mıknatıslar yardımıyla atölyede gereksiz hale gelen işçilerin bir kısmı fabrikanın ve caddelerin manyetik temizliği ile ilgili işlerde bulundu. Bu işçilere "Manyetik Faturalar" adı verildi. "Bill"in elinde tuttuğu mıknatısa güç sağlamak için sırtlarında bir pil taşımak onların işiydi. Bu mıknatısın yardımıyla yerden demir talaşları, çiviler ve küçük demir parçaları topladı.

Karayolu taşımacılığının gelişmesiyle birlikte, "Magnetic Bill", zamanın kötü yollarında giden ve yoldan bir kamera delinmesine neden olabilecek her şeyi toplayan "Magnetic Ford" ile değiştirildi. "Manyetik Geçitler", kauçuğun çok kıt olduğu Birinci Dünya Savaşı sırasında özellikle büyük kullanım alanı buldu. "Manyetik Ford" ekonomik olarak kendini haklı çıkardı. evet doktor

New Mexico'daki Fort Bayard'dan Brown, 1928'de bir arabada 30 cm çapında bir mıknatıs kullanarak, arabasındaki delik sayısını %75 azalttı ve kısa sürede 2 ton çivi topladı.

"Scientific American" dergisi "manyetik Ford" u anlatıyor: yerden 5-10 cm yükseklikte herhangi bir eski makinede, arabanın tekerleklerinin önündeki ve aralarındaki boşluğu "inceleyen" bir veya daha fazla küçük mıknatıs asılı. Böyle bir makine ile yılda yaklaşık 12,5 ton demir toplandı, "ayrıca, Kuzey Dakota'da toplama mil başına 6,5 ​​pound iken, Güney Dakota'da mil başına sadece 1,75 pound idi."

Rusya'da, mıknatıs için çok tuhaf bir uygulama bulundu - baykuşlar, atlara beslenen yulafları demir çivilerden temizlemek için mıknatıslar kullandılar. Avrupa ve Amerika'da mıknatıslar, tahılları temizlemek için değirmenlerde yaygın olarak kullanılıyordu.

En büyük kaldırma elektromıknatıslarından biri, 1903'te ABD'de yapılmış bir mıknatıstı. Yardımı ile 20 tonluk bir yükü kaldırmak mümkün oldu, yani. Demiryolu taşımacılığı. Bir süre sonra, 75 tonu, yani bütün bir buharlı lokomotifi kaldırabilen daha da güçlü bir elektromıknatıs yapıldı.

En büyük elektromıknatıslardan biri, yükü 20 ton ağırlığında bir demir "kadın"dı ("çineli kırıcı", "kadın"ın İngilizce karşılığıdır), kusurlu dökümleri yok etmek için tasarlanmıştı. Bu durumda elektromıknatısın ciddi avantajları vardı, çünkü gerekirse sıfırlamak için "kadın" ın serbest bırakılması, sadece düğmeyi çevirerek gerçekleştirildi.

Mıknatıs üreten Alman firmalarından birinin çektiği bir tanıtım fotoğrafı herkes tarafından biliniyor. İşçi, zemine bağlı dik bir zincire tutunarak zaptedilir. Bir demir zincirin diğer ucuna sabitlenmiş bir bilye, mıknatıs tarafından o kadar güçlü bir şekilde çekilir ki, bir kişi ona asılsa bile zincir gergin kalır. Demir top mıknatısa dokunmaz ve bu, bu mıknatısın muazzam çekici gücünü gösterir, çünkü mıknatısa çekilen nesneden olan mesafe arttıkça, çekim kuvveti keskin bir şekilde düşer. At nalı şeklindeki bir mıknatıs ile onun çektiği cisim arasına bir kağıt koyarak çekim kuvvetini 2 kat azaltmış oluyoruz.

Kaldırma mıknatıslarının yaygın kullanımı, Japonların onları 1920'lerde Yokohama'daki bir tersanede kitlesel ölçekte son derece başarılı bir şekilde kullanmasından sonra başladı.

Değirmenlerde tahılın manyetik olarak temizlenmesi, günümüzde mıknatısların son derece önemli uygulamasının prototipi haline geldi. Bunlar sözde manyetik ayırıcılardır. Çalışma prensibi, cevher ve atık kaya karışımının bir mıknatısın kutuplarını geçen bir konveyör boyunca beslenmesidir. Atık kaya manyetik ise karışımdan çıkarılacaktır. Manyetik ayırıcı ilkesi 1792 gibi erken bir tarihte önerildi, yani. elektromıknatısın icadından önce. Daha sonra elektromıknatıslı benzer bir ayırıcı için 1847'de Arthur Woll'a bir patent verildi. Woll'u 1854'te dönen mıknatıslı bir ayırıcı için patent alan Chenot izledi.

Şu anda, manyetik ayırma yöntemi, ıslak zenginleştirme yöntemi olarak adlandırılan yöntemle rekabet etmeye başladığı kömür madenciliği başta olmak üzere madencilik endüstrisinin birçok sektöründe kullanılmaktadır.

Hemen hemen her yerde kömür, özel jigging veya flotasyon ünitelerinde zenginleştirilir. Zenginleştirme işlemi suda gerçekleştiğinden, hem kaya hem de kömür konsantresinin kurutulması gerektiğinden hem jigleme hem de flotasyon yöntemleri ıslaktır. Ek olarak, ıslak yöntemler, sert bir iklime sahip alanlarda büyük bir su akışı (birkaç bin metreküp), kirlenmiş suyun arıtılmasını ve parçacıkların donmasının önlenmesini gerektirir.

Kömürde kullanılmayan hemen hemen tüm safsızlıklar manyetiktir. Bu, safsızlıkları yakalayan ve kayadan uzaklaştıran ezilmiş kaya kuşağı yönünde manyetik bir nervürlü silindir takarak ıslak süreçlerden kaçınmayı mümkün kılar. Kömür tozlarının kül içeriğini %12-17'den %7-8'e düşürmeyi mümkün kılan bu saflaştırma yöntemi ilk olarak Sovyetler Birliği'nde önerilmiş ve test edilmiştir.

Ve kaya, örneğin manyetik olmayan piritten nasıl temizlenir? Burada bilim adamları da bir çıkış yolu buldular - pirit, buhar-hava ortamında 270-300 ° C sıcaklıkta buharda pişirilir ve bir manyetik oksit tabakası ile kaplanır.

1980'lerde Edison tarafından başka bir ayırıcı türü icat edildi. Edison'un günlük sabah yürüyüşlerinden birinde olduğu söyleniyor. Long Island sahilinde yürüyen Edison, sahilin kumunun demir oksit parçacıkları içerdiğini fark etti. Bu tür kumları mıknatısların kutupları arasına dökerseniz, manyetik olmayan parçacıkları demir oksitten kolayca ayırabilirsiniz. Bu Edison fikri, zamanın sorunlarından birini çözdü: demir içeriği düşük olan cevher yatakları ile ne yapılmalı?

Edison, cevheri, basitçe öğütmek için kolayca ayrılmış sahil kumu gibi görünecek şekilde dönüştürmeyi önerdi. Cevher kırıcılarda öğütüldükten sonra kuleye girer ve tepesinden aşağıya dökülür. Parçacıklar düşerken, birkaç güçlü elektromıknatısın sürekli artan manyetik alanlarıyla karşılaşırlar. Manyetik demir oksit mıknatısların üzerine yerleşerek uçlarından uzaklaştırılır ve atık kaya engellenmeden aşağı düşer.

Edison'un bu icadı sayesinde, daha önce endüstriyel atık olarak kabul edilen New Jersey'deki demir cevheri yatakları,

karlı hale geldi, gelişmeleri için mucit Edison City'nin adını taşıyan bütün bir şehir inşa edildi.

Tarımda yonca, keten, yonca tohumlarını yabancı ot tohumlarından ayırmak için manyetik ayırıcılar da kullanılmaktadır. Buradaki mühendisler "düşmanın" silahlarını kullandılar ve ona karşı çevirdiler. Gerçek şu ki, yabani ot tohumları (acı, dara) kural olarak daha pürüzlüdür, yüzeyleri tohumların hayvan kıllarına, insanların kıyafetlerine vb. Yabani otlarla kirlenmiş tohumlar ince demir talaşlarıyla kaplanırsa, tahılların pürüzsüz tohumları temiz kalırken, talaşlar yabani ot tohumları üzerinde birikecektir. Manyetik ayırıcı gibi bir cihazda tahılı yabani otlardan temizlemek artık oldukça kolay.

Özünde çok benzer bir yöntem şimdi bir suçlunun yakalanmasında kullanılıyor. Suçluların olay mahallinde bıraktığı ter ve yağlı parmak izleri genellikle çok zayıftır ve her şeye ek olarak, kaba dokulu bazı malzemeler üzerinde bırakılır: tahtalar, kontrplak, karton. Adli bilim adamı V. Sorokin, izleri renkli tozlarla tozlaştırmaya yönelik mevcut yöntem yerine, bu gibi durumlarda, incelenen yüzey üzerinde birkaç yönde taşınan, dar kutuplu küçük bir mıknatıs olan manyetik bir fırçanın kullanılmasını önerdi.

Bundan önce mıknatıs, en küçük demir talaşlarına sahip bir kaba indirilir. Talaş, bir mıknatısın iyi bilinen “sakalı” şeklinde direğin etrafına yapışır. Bu sakal, fırçanın en ince kıllarının rolünü oynar. Kirli bir yüzey üzerinde manyetik bir fırça tutulduğunda, demir tozu parçacıkları izin ter-yağ maddesine yapışır ve karakteristik koyu gri renkte lekelenir. Kirlenmemiş yüzey temiz kalır. Demir tozuyla boyanmış parmak izleri, parmak izi filmine çok iyi kopyalanır.

 Mıknatısın adli tıptaki tek uygulaması bu değil. Bir zamanlar "Sovyet milisleri" dergisi, rezervuarların dibinden maddi kanıt çıkarmak için kullanılan taşınabilir, güçlü bir elektromıknatıs hakkında bilgi verdi. Aynı sorun, böyle bir elektromıknatıs kullanan bir araştırmacının, bir suçun işlendiği terk edilmiş bir göletin dibinde bir balta bulmayı başardığı bir durumu açıklıyordu.

Aynı prensip batık gemilerden demir nesneleri kaldırmak için kullanılır.

Kaldırma mıknatısları, özellikle yüksek kuvvetlerin ve basit sabitlemelerin gerekli olduğu yerlerde çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, okyanusun en derin siperlerini keşfeden Profesör Picard'ın ünlü banyo küvetinde, demir safrayı tutmak için güçlü bir elektromıknatıs kullanıldı. Bir kaza durumunda, Picard elektromıknatısın güç kaynağı devresini açabilir ve banyo başlığını balasttan kurtararak hemen yüzeye çıkabilir.

Taşımacılıkta da elektromıknatıslar kullanılıyordu. Bu nedenle, 1910 gibi erken bir tarihte, mühendisler, araba tekerleklerinin raylara yapışmasını iyileştirmek (sürtünme artışı) için elektromıknatıslar yardımıyla tekerleklere mıknatıslanma uyguladılar. Elektromıknatıslar kullanılarak sürtünme katsayısını ve dolayısıyla taşınan yükün kütlesini artırmak mümkün oldu.

Bu, elbette, ulaşımda mıknatıs kullanma olanaklarını sınırlamaz. Örneğin, bir elektrikli lokomotif için "manyetik yastıklar" kullanmayı öneren Westinghouse mühendisleri tarafından ortaya atılan bir fikir var. Amerikalı mühendislerin tasarımında, elektrikli bir lokomotifin gövdesine yerleştirilen mıknatıslar, elektrikli lokomotif ile demir kılavuz raylar arasında bir itme oluşturacak, bu da tekerleksiz yapmayı mümkün kılacak ve trenlerin hızını 1000 km/s'e çıkaracak. Bu tür elektrikli lokomotiflerin modellerinin testleri cesaret verici sonuçlar verdi. Birçok ülkede, "manyetik bir yastık üzerinde" deneysel trenler zaten yaratılmıştır.

Elektromıknatıslar, gemileri uzaya yanaştırmak için de kullanılabilir. Elektromıknatısların bir başka önemli uygulaması, astronotların sadece ağırlıksızlıkta değil, aynı zamanda dünyadaki onarım çalışmaları sırasında da vazgeçilmez olduğu anlaşılan manyetik ayakkabıları olabilir.

Savaş yıllarında, elektromıknatıs tasarımcılarının huzursuz düşüncesi, onları askeri amaçlar için kullanma olasılığını hemen "hissetti". Savaştan hemen önce manyetik mayınlar icat edildi, yani. vurucusu, geminin çelik devi tarafından çekilen manyetik iğnenin döndürülmesiyle etkinleştirilen mayınlar.

Çok daha sorunlu başka bir öneri, düşman çekirdeklerini tuzağa düşürmek için bir elektromıknatıs kullanma fikriydi. Bu fikri şu şekilde gerçekleştirmesi gerekiyordu: Gemiye, direği güçlü zırhla kaplı düşmana "karşı karşıya" güçlü bir elektromıknatıs yerleştirildi. Düşman çekirdekleri bu mıknatıs tarafından çekilir ve zırhın üzerine düşer. Geminin geri kalanı korumasız olabilir.

Tabii ki, böyle bir proje pek mümkün değil. Yörünge bir mıknatıs tarafından bozulacağından geminizden ateş etmek etkisiz olacaktır ve bunun sonucunda hedeflenen ateş imkansız hale gelecektir. Dahası ve bu durumda bu özellikle önemlidir, düşman çekirdeklerinin yolunu bükmek için bilim adamlarının şu anda bile inşa edemediği çok güçlü bir mıknatısa ihtiyaç duyulacaktır.

Bununla birlikte, kaleleri düşman çekirdeklerinden koruma projesinin sadece kağıt üzerinde kalmadığına dikkat edilmelidir. Hareketsizliğe mahkum olan zırh mıknatısı inşa edildi. Bunun nedeni, 19. yüzyılda manyetik alanı hesaplama tekniğinin yeterince gelişmemiş olması ve mıknatısın alanının ne olacağını ve dolayısıyla etkinliğini önceden bilmenin imkansız olmasıydı. 1887'de ABD Donanması Binbaşı Kralı, Fort Willets Point'te yan yana yerleştirilmiş en büyük 36 cm'lik kıyı toplarından ikisinden dev bir elektromıknatıs yapımını emretti. Manyetik devre, tabancalara takılan demiryolu rayları yardımıyla kapatılmıştır. Her biri 5 m uzunluğunda ve 25 ton ağırlığındaki toplar, 14 mil uzunluğunda telli bir torpido kablosuyla sarıldı. Güç için, genellikle projektör lambaları için kullanılan bir elektrik jeneratörü kullanıldı. Akım açıldığında, silahların ağızlıklarına ancak 10 tonluk bir kuvvetle yırtılabilen kalın çelik plakalar çekildi, her biri 120 kg ağırlığındaki dört çekirdek, silahın ağzında bir küme gibi sarkabiliyordu. Ceplerinde veya ellerinde küçük çelik nesneler bulunanlar, tabancaya yaklaşımı 2 m hissetmeye başladılar, yazarların yazdığı gibi, silahların manyetik iğne üzerindeki etkisi 10 km'den fazla uzadı! Düşmanın güllelerine gelince... topları çekmedi. 10 km'den fazla yayıldı! Düşmanın güllelerine gelince... topları çekmedi. 10 km'den fazla yayıldı! Düşmanın güllelerine gelince... topları çekmedi.

Binbaşı King'in, manyetik silahın, kaleye yaklaşan düşman gemilerinin pusula iğnelerini "karıştıracağı" gerçeğiyle faydalı olacağına dair umutları da asılsızdı. Gerçek şu ki, gemilerin kendilerinde, özel önlemler alınmadığı takdirde gemide doğru bir şekilde gezinmeyi mümkün kılmayacak yüzlerce farklı mıknatıs ve masif çelik cihaz var. Gemi cihazlarını manyetik alanlardan korumanın yollarını geliştiren özel bir "pusula işi" bilimi var, ancak güçlü olmasına rağmen uzak bir mıknatıs - dev bir manyetik silah.

Bu bilimin gelişmesine özel bir itici güç, 1860'ta İrlanda kıyılarında çok sayıda kurbanın eşlik ettiği iki yolcu gemisinde meydana gelen kazaydı; bu kazalar pusula hatalarından kaynaklanıyordu.

Manyetik çekim kullanma fikri, yalnızca bilim adamları, mühendisler, yazarlar arasında değil, aynı zamanda ... sahtekarlar arasında da giderek daha fazla yeni taraftar buldu. İşte ünlü hikayelerden biri.

Bir keresinde bir Avrupa askeri departmanında büyük bir kargaşa çıktı. Departman her zaman ultra uzun menzilli silahlar veya süper güçlü patlayıcılar sunan mucitler tarafından kuşatıldı. Ve bu kez mucit yeni bir patlayıcı tanıttı. Ama şaşırtıcı olan bu değildi. Diğer mucitlerin aksine, icadını çalışırken görmek istedi. Mucidin laboratuvarına gelen yetkili bir komisyon oluşturuldu.

Laboratuvarın ortasında bir masa vardı. Üzerine birkaç kilo ağırlığında ağır bir demir parçasının yerleştirildiği bu masanın üzerine bir tutam yeni patlayıcı döküldü. Mucit devredeki akımı kapattı, yeni bir patlayıcıyı "ateşe verdi" ve devasa bir demir blok tavana uçtu. Geriye düşerek masayı parçalara ayırdı.

Ordu şok oldu. Gazeteciler keşfi öğrendi. Tüm basın, askeri işlerde bir devrim vaat eden yeni bir süper güçlü patlayıcının haberleriyle dolup taştı. Ama şaşırtıcı olan şuydu - askeri daire başkanı, yeni bir askeri sırrı ifşa eden gazetecileri adalet önüne çıkarmadı. Aksine, onları mümkün olan her şekilde teşvik etti.

Mucit önemli miktarda para aldı ve ... bilinmeyen bir yöne kaçtı. Bu şüpheli görünüyordu ve uzmanlar terk edilmiş laboratuvarı incelediler. Ve ortaya çıkan şuydu: Laboratuvarın tavanının hemen yukarısına, üst kattaki odaya güçlü bir elektromıknatıs yerleştirildi. Patlama için devreyi kapatan mucit, elektromıknatısın devresini kapattı. Demir blok tavana, mıknatısa sıçradı. Bloğun tavana “yapışmaması” için elektromıknatıs devresi hemen kesildi ve blok aşağı uçtu.

Askeri departman başkanının bunu bilip bilmediği bir sır olarak kalıyor. Bununla birlikte, gazete yutturmacasının diğer ülkeler üzerinde büyük bir psikolojik etkisi oldu.

Başka bir sahtekar Avrupa'yı dolaştı. 1880'lerin ortalarında, yalnızca toplama ve çıkarma yapmakla kalmayıp, hatta çoğaltabilen, bölebilen ve kök çıkarabilen bilgili filin üzerinden bir dalga geçti.

Bu, aşağıdaki şekilde yapıldı. Örneğin eğitmen file sormuş: "Yedi sekiz nedir?" Filin önünde sayıların yazılı olduğu bir tahta vardı. Sorudan sonra fil hortumuyla bir işaretçi aldı ve kendinden emin bir şekilde 56 sayısını gösterdi. Aynı şekilde bölme ve karekök çıkarma işlemleri de yapıldı. İşin püf noktası da oldukça basitti: Tahtadaki her sayının altına gizlenmiş küçük bir elektromıknatıs vardı. File bir soru sorulduğunda doğru cevabı gösteren sayının altında bulunan mıknatısın sargısına akım uygulanmıştır. Filin hortumundaki demir işaretçinin kendisi doğru numaraya çekildi. Cevap otomatik olarak geldi. Bu "eğitimin" basitliğine rağmen, numaranın sırrı uzun süre açıklanamadı ve "öğrenilmiş fil" muazzam bir başarı elde etti.

Orta Çağ'da, tahtadan yapılmış sözde itaatkar balıklar çok yaygın bir illüzyon numarasıydı. Havuzda yüzdüler ve sihirbazın elinin her yöne hareket etmelerine neden olan en ufak bir hareketine itaat ettiler. Numaranın sırrı son derece basitti: sihirbazın koluna bir mıknatıs gizlendi ve balığın kafasına demir parçaları yerleştirildi.

Zaman olarak bize daha yakın olan İngiliz Jonas'ın manipülasyonlarıydı. İmza numarası: Jonas, bazı izleyicileri saati masaya koymaya davet etti, ardından onlara dokunmadan keyfi olarak ellerin konumunu değiştirdi. İşin püf noktası elbette bir mıknatıs yardımıyla gerçekleştirildi.

Bu fikrin modern düzenlemesi, motordan duvar gibi bir tür bariyerle ayrılmış cihazları döndürebileceğiniz, elektrikçiler tarafından iyi bilinen elektromanyetik kavramadır.

Şimdiye kadar, ünlü Rus illüzyonist Gamuletsky'nin "Büyü Tapınağı'nda veya Gamuletsky de Coll'ün mekanik, optik ve fiziksel ofisinde" gerçekleştirdiği mıknatıs hilesi hala net değil. 1842'ye kadar var olan "çalışması", diğer şeylerin yanı sıra, şamdanlarla süslenmiş ve halı kaplı merdivenlerden çıkan ziyaretçilerin, merdivenlerin üst sahanlığında, ofis kapısının üzerinde yatay bir konumda asılı kalmadan asılı duran, doğal insan büyümesinde yapılmış yaldızlı bir melek figürünü uzaktan hala fark edebilmeleri gerçeğiyle dikkat çekiciydi. Herhangi biri bunu doğrulayabilir. Ziyaretçiler platforma girdiğinde melek elini kaldırdı, kornayı ağzına götürdü ve "parmaklarını en doğal şekilde hareket ettirerek çaldı."

Gamuletsky, "On yıl boyunca," dedi, "meleği havada tutmak için mıknatısın ve demirin noktasını ve ağırlığını bulmaya çalıştım. Emeğin yanı sıra bu mucizeye çok para harcadım.

Görünüşe göre, illüzyonistlerin bir niteliğinin rolü, gizemli bir taş - bir mıknatıs için en uygun olanıydı.

19. ve 20. yüzyılın başında, sözde seanslar son derece popülerdi. Bu seanslar farklı şekillerde yürütüldü, ancak hepsinin özü, ruhçu veya bu seansı yöneten medyumun öbür dünyadan şu veya bu şekilde "sinyaller" aldığı gerçeğine indirgendi. Bu sinyallerin yardımıyla, maneviyat seanslarına katılanlar, ölen herhangi bir kişiyle - antik çağın büyük generalleri ve fahişeleri, ölen akrabalar vb. Öbür dünyadan gelen sinyaller farklıydı. Bazen bunlar, oturuma katılanların ellerini koyduğu masanın titremesiydi.

Masanın sırrı alışılmadık derecede basitti - bacağına bir pil ve masa üstünün altına çapalı küçük bir elektromıknatıs yerleştirildi. Seans yapan kişi, özel bir düğme aracılığıyla elektromıknatısın devresini kapatabiliyor ve mıknatısın çapası masanın üstüne çarpıyordu.

Mikropartikül ayırıcılar

D. Dalton ve C. Wilson hiç tanışmadılar, yaklaşık yüz yıllık bir zaman aralığıyla yaşadılar, ancak yine de, çıplak insan gözüyle görülemeyen bir şeyi - temel parçacıkların hareketini - fark etmeye yardımcı olan çalışmalarıydı. Burada bir kez daha, ilk parçacık detektörünü bir mıknatısla birleştirmeyi öneren P.L.

Bu hikaye, önce Manchester'daki çocuklara matematik öğreten ve ardından hava, gaz karışımları üzerine çalışmaya başlayan, atomik kütlelerin ilk tablosunu derleyen, aşırı ısıtılmış buharın özelliklerini inceleyen kendi kendini yetiştirmiş bir adam olan John Dalton (1766-1844) ile başlamalıdır.

Sonra James Prescott Joule (1818-1899) zamanı geldi. Evde okudu ve onu fiziğe çeken Dalton'du. Öğrenciler renk körlüğü, renk körlüğü konusunda profesörü biliyorlardı, ancak ciddi insanlar aynı zamanda öğretmenin, sıcak hava balonuyla Paris üzerinden uçan, ancak yine de ısıtıldığında gaz genleşmesi yasasını oluşturmada Dalton'un gerisinde kalan Berthollet'e yardım eden Gay-Lussac ile rekabetini duydu.

Joule büyük bir bilim adamı oldu. Manyetizma üzerinde kapsamlı ve çok başarılı bir şekilde çalıştı. Joule, dünyaya manyetik doygunluk hakkında bir çelik mıknatıslanma sınırının varlığından bahsetti. Joule, bir elektrik akımı tarafından üretilen ısıyı ölçer. Joule, manyetostriksiyonu fark etti, yani. mıknatıslanmış demirin hacmindeki değişim.

Bu arada, sanki önceden bilinen bir senaryoyu takip edercesine, yüzlerce araştırmacı her gün, doğumunu kimsenin önceden tahmin edemeyeceği, inanılmaz bir manyetik cihazın görünümünü daha da yaklaştırdı.

1880'de E. Goldstein, bir mıknatıs getirerek bir katot ışınları demetini saptırdı (daha sonra bunun bir elektron akışı olduğunu öğrendiler). Bu ışınların yükünün negatif işareti, manyetik alanın yönünü ışın yörüngesiyle ilişkilendirerek J. Perrin tarafından belirlendi. Deneyimi J. J. Thomson tarafından rafine edildi, ardından J. Larmor bir dış manyetik alanda elektronların devinimini tahmin etti.

Geçen yüzyılın sonunda, fizikçiler aktif olarak teorinin ilginç bir bölümünü - maddenin yapısını - geliştiriyorlardı ve araştırmacıların elindeki en etkili araçlar elektrikti.

bazı (yüklü parçacıkları hızlandırdı) ve manyetik (parçacıkların yolunu büktü) alanlar.

Bugün her okul çocuğu, bir manyetik alanın uçan bir elektrik yükünü saptırdığını biliyor; zamanla değişmeyen bir manyetik alan başka bir şey yapamaz. Ve sonra, büyük ve büyük büyük büyükbabalarımızın yaşamı boyunca, bu kural henüz şekilleniyordu: ya Zeeman manyetik alanla spektral çizgileri ayırdı (1896), sonra Brown bir katot ışını tüpü yaptı (1897) ya da mıknatıslar radyum tarafından yayılan ışınları saptırabildi (1899).

1907'de, elektronun keşfi için Nobel Ödülü'nü henüz almış olan J. J. Thomson, parçacık fiziğinde büyük rol oynayan bir kütle spektrometresinin yapımını önerdi. Artık mıknatıslar, güçlü manyetik alanlardaki maddelerin davranışını incelemek, galvanomanyetik, termomanyetik, manyetostriktif fenomenler yaymak, adyabatik (yani vücut ve çevre arasında ısı alışverişi olmadan) demanyetizasyon ile ultra düşük sıcaklıklar (mutlak sıfırın yalnızca binde biri üzerinde) elde etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Kuantum üreteçlerinde - mazerlerde ve manyetik kütle spektrometrelerinde parçacıkların kütlelerine göre analizinde kullanılırlar.

Manyetik spektrografi ilkesi, çeşitli elementlerin izotoplarını ayırmak için kullanılır. İzotoplar, bildiğiniz gibi, çekirdekleri aynı sayıda proton, ancak farklı sayıda nötron içeren aynı elementin atomlarıdır. Sonuç olarak, izotop çekirdeklerinin kütleleri farklıdır ve manyetik alanda hareket ederken yörüngeleri de farklıdır. Daha ağır çekirdeklerin hareket yörüngeleri daha az kavislidir, bunun bir sonucu olarak hafif ve ağır çekirdekler manyetik bir alanda farklı yörüngelerde hareket eder. Güçlü bir manyetik alanda çok "benzer" izotoplar bile ayrılabilir.

Manyetik spektrograflar olduğu gibi üç aşamada oluşturuldu. İlk olarak, Charles Wilson (1869-1959), yüklü parçacıkların geçiş izlerini tespit etmek için bir kamera icat etti (1912), bunun için çok sonraları Nobel Ödülü aldı. Dalton'un aşırı ısıtılmış buhar bilgisi burada işe yaradı! Nemli havanın hacmi keskin bir şekilde genişlerse, soğur ve aşırı doygunluk durumunda, buharı yoğunlaştırmak için önemsiz bir neden yeterlidir. Bu nedenle bulut odası, sarsıntılardan korunarak dikkatlice tozdan arındırılır. Artık tek bir yüklü parçacığın odanın içinde uçması, yolunun sisli bir iz ile işaretlenmesi için yeterlidir. Parkur aydınlatılmalı, fotoğraflanmalı ve konuğun ziyaret kartı bilim adamlarının emrinde olacaktır.

Bir bulut odası ortaya çıktı ve bu arada A. Demister, J. J. Thomson'ın fikri üzerine ilk kütle spektrografını yaptı (1918). Bir yıl sonra, F. Aston zaten iyi bir aparat yarattı: parçacıklar yalnızca kapasitörün boşluğundan ve mıknatısın kutupları arasındaki noktadan uçmakla kalmadı, aynı zamanda bir dizi dar yönlendirilmiş yuvadan geçerek fotoğraf plakasına düştü.

Ama sonra mıknatıs bulut odasıyla "buluştu" ve P. L. Kapitsa bu toplantıya yardım etti! Gerçek şu ki, buhar odası ne tür bir parçacığın uçtuğu sorusuna cevap veremedi. Bulut odası, parçacıkların onları "tanımadan" ortaya çıkması konusunda uyardı.

Bu durumdan bir çıkış yolu, 1923'te Cambridge Philosophical Society dergisinde bir bulut odasında alfa parçacıklarının izlerini gözlemlemeye ilişkin bazı deneyleri anlattığı kısa bir makale yayınlayan P. L. Kapitsa tarafından bulundu. P. L. Kapitsa'nın enstalasyonu, güçlü bir manyetik alana yerleştirilmiş bir bulut odasıydı. Ne verdi? Bir manyetik alanda yüklü herhangi bir parçacığın, yarıçapı manyetik alan şiddetiyle ters orantılı ve parçacığın kütlesi ve hızıyla doğru orantılı olan bir eğri boyunca hareket ettiğini biliyoruz. Böylece, manyetik alanın gücünü bilmek ve bir bulut odasındaki bir parçacığın izinin yarıçapını ölçmek, kütlesini ve enerjisini bulabilir.

P. L. Kapitsa'nın manyetik bulut odası fikri taraftar buldu. Bunların arasında, 1932'de çelik çekirdekli ve yaklaşık 2 T'lik bir alana sahip büyük bir elektromıknatısın içine bir bulut odası yerleştiren Amerikalı K. Anderson da vardı. Mıknatısın kutupları, üretilen manyetik alanın tamamen tek tip olacağı şekilde tasarlandı, yani. alan odanın tüm noktalarında aynıydı. Bu, parçacık enerjisini daha doğru bir şekilde belirlemeyi mümkün kıldı. Anderson, enerjiye ek olarak, bir parçacığın yükünün işaretleriyle de ilgileniyordu. Belirli bir manyetik alan yönü ve bilinen bir hareket yönü için, pozitif yüklü parçacıklar bir yönde, negatif yüklü parçacıklar diğer yönde sapacaktır.

Anderson, kozmik ışınların bulut modellerini (bir bulut odasındaki izlerin fotoğraflarına bazen böyle denir) incelerken birdenbire çarpıcı bir şey gördü: momentumu elektrona benzeyen bir parçacık, sanki pozitif yüklüymüş gibi manyetik alan tarafından saptırılmıştı. Anderson, negatif bir yüke sahip olduğundan ve ters yönde sapması gerektiğinden, bir elektronun manyetik alanda bu şekilde sapamayacağından emindi.

Bu "elektron" a pozitif bir yük atfedilirse çelişkiler uzlaştırılabilir. Pozitif yüklü bir "antielektronun" varlığı, 1928'de genç İngiliz fizikçi Paul Dirac tarafından elektron hareketinin "kuantum" denklemlerinin bir analizine dayanarak tahmin edildi.

Anderson tarafından keşfedilen parçacığın gerçekten bir antielektron veya şimdi adlandırıldığı şekliyle bir pozitron olduğu ortaya çıktı. İnsan tarafından keşfedilen anti-dünyadan gelen ilk parçacıktı. Güçlü bir manyetik alan, güçlü bir mıknatıs olmadan açılması son derece zor olurdu. Böylece, pozitronun izine Anderson'dan çok daha önce saldıran Akademisyen D.V. Skobeltsyn, Skobeltsyn'in mıknatısı yalnızca 0,3 T'lik bir alan verdiği için onu kaçırdı.

Bulut odası, içinde yayılan parçacıkların enerjileri (hızları) nispeten küçük olduğu sürece vazgeçilmez bir laboratuvar cihazıydı. Ancak 1950'lerde SSCB, ABD ve diğer ülkelerde parçacıklara muazzam hız kazandırabilen devasa hızlandırıcılar devreye alındı. Bu durumda, parçacıkların enerjisi o kadar büyüktü ki, bulut odasına serbestçe girdiler ve neredeyse manyetik alan tarafından saptırılmadılar. Bu şaşırtıcı değil - bulut odası, parçacıklara neredeyse hiç engel olmayan gazla dolu. Bu kadar yüksek enerjiye sahip parçacıkların farklı şekilde araştırılması gerekiyordu.

Kapitsa, Wilson odasını tamamen "bitirdi", ancak iyileştirme rezervleri zaten azalıyordu. 1948'de Nobel Ödülü, bulut odasına birçok temel parçacık sayacı takan ve gerekirse odayı açıp boştayken kapatan P. Blackett'e verildi. Ancak Anderson'ın öğrencisi Amerikalı fizikçi Donald Glaser çok daha ciddi bir öneride bulundu. Ve Anderson pozitron-antielektronu keşfettiyse, o zaman Glaser'ın değeri daha az değildi: "Wilson anti-chamber" - kabarcık odasını keşfetti.

Bu keşfin tarihi öğreticidir. Öğreticidir, çünkü bir kez daha ikna edici bir şekilde, bir fikre takıntılı bir kişinin, yalnızca kendisi için bilinen şeylerdeki fenomenleri görebildiğini, yalnızca kendisi için bariz çağrışımları yakalayabildiğini ve sonunda bir keşfe yol açtığını gösterir.

Donald Glaeser, tek bir atomik parçacığın bile bozabileceği kadar dengesiz bir dengede katı veya sıvı bir malzeme aramak için ıstırap verici bir şekilde uzun zaman harcadı. Bu durumda, hayal edilemeyecek kadar kısa ömürlü olan parçacık, arkasında örneğin buharlaşan sıvı kabarcıklarından oluşan gözle görülebilen bir iz bırakabilir. Zaman zaman Glaeser umudunu kaybetti - tek bir parçacığın enerjisiyle dikkate değer miktarda sıvıyı buharlaştırma olasılığı çok önemsiz görünüyordu.

Glaeser bir kez Kenrick, Gilbert ve Wismer'in "garip bir sıvı" - 140 ° C'ye ısıtılmış dietil eter hakkında yazdığı otuz yıllık bir makalenin dikkatini çekti. Sıvının "tuhaflığı", bu sıcaklıkta mutlaka şiddetli bir şekilde, ancak her zaman farklı zaman aralıklarında kaynaması gerçeğinden oluşuyordu. 30 deney gerçekleştiren yazarlar, bu "kaprisli" sıvının kaynamasından önceki zaman aralıklarının, rastgele olaylar yasasına karşılık gelen bir dizi oluşturduğuna ikna oldular.

Glaeser, sıvıyı kaynatma sıklığının kozmik ışınların şişeye girme olasılığına tam olarak karşılık geldiğini gösteren hesaplamalara oturdu, yani. yüksek enerjili bireysel atomik parçacıklar. Böylece, Glaeser'in 1960 yılında Nobel Ödülü aldığı, bir kabarcık odasında kullanıma uygun ilk sıvı keşfedildi.

Kabarcık odası gerçekten de “Wilson anti-chamber” olarak adlandırılabilir: Wilson odasında bir parçacığın izi iyonize atomların üzerine çökmüş sıvı damlacıklarından oluşuyorsa, o zaman kabarcık odasında ise tam tersine iz, yüklü iyonların oluşumu sırasında açığa çıkan ısı nedeniyle ilk sıvıda oluşan gaz kabarcıklarından oluşur. Kabarcık odasında organik sıvılar veya sıvılaştırılmış gazlar kullanılır. İlk laboratuvar kamerası modeli yüksüklüydü. Bugün, yararlı hacimlerde kabarcık odaları farklıdır - bir litrenin birkaç fraksiyonundan birkaç yüz litreye kadar. Bu kameralarda kullanılan mıknatıslar da farklılık gösteriyor. 115 cm çapında ve 50 cm derinliğinde Sovyet freon odası için 2.65 T alan ve 72 ton kütle ile bir mıknatıs yapıldı.

Daha da büyük odalar ve mıknatıslar var. Örneğin Amerika Birleşik Devletleri'nde 600 litrelik bir sıvı-hidrojen kabarcık odası inşa edildi. 2 m çapındaki dünyanın en büyük propan odası Dubna'da faaliyete geçti.Bu oda Dubna senkrofazotronun antiproton kanallarından birinin üzerine kuruludur.

Yaklaşık 5 m çapında oldukça büyük bir sıvı hidrojen odası "Mirabel", 76 GeV'ye hızlandırılmış protonların bir hidrojen atomunun proton çekirdeğine çarpmasının sonuçlarını düzeltmek için Serpukhov hızlandırıcısında Protvino'ya yerleştirildi. Temel parçacıklar hakkındaki tüm yeni bilgilerin üçte ikisini sağlayanlar bu tür kameralardır, bu nedenle fizikçilerin manyetik sıvı hidrojen kayıt cihazları oluşturmak için herhangi bir masrafa girme istekliliğinde şaşırtıcı bir şey yoktur. Örneğin Mirabel, ortasında bir mıknatıs, bir hidrojen sıvılaştırıcı (-246 ° C!), modlar ve ölçümler için otomatik kontrol sistemleri içeren karmaşık mühendislik yapılarıyla çevrili bir odanın bulunduğu üç katlı bir kuleye benziyor. Elde edilen bilgiler, Saclay'daki Fransız Nükleer Araştırma Merkezi'nden Sovyet bilim adamları ve fizikçilerin ortak çalışması için kullanıldı.

Son zamanlarda, süper iletken mıknatıslar, özellikle büyük olanlar olmak üzere kabarcık odaları oluşturmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu, manyetik sistemin boyutunu, ağırlığını ve güç tüketimini önemli ölçüde azaltmanıza olanak tanır. Görünüşe göre yakın gelecekte, bu tür sistemler geleneksel olanlardan daha ucuz olacak.

EPR

Ve yine P.L. Kapita; kendisi tarafından "keşfedilen" ve karşılığında elektromanyetizma ile ilgili bir keşif yapan fizikçi hakkında.

Manyetizmanın uygulanması hakkında çok şey söylenebilir, ancak elektron paramanyetik rezonansın (EPR) keşfi hakkında kimse sessiz kalamaz. İşte böyleydi.

Devrimden sonra, Moskova Üniversitesi'nin Maxwell'in adını taşıyan manyetik laboratuvarı, manyetizma teorisinde parlak bölümler yazdı. 1913'te, P. I. Lebedev'in öğrencisi V. K. Arkadiev, ilk manyetik rezonans etkisini fark etti - yüksek frekanslı elektromanyetik salınımların ferromanyetler tarafından emilmesi.

Arkadiev, "Maddenin tüm spektrumunun araştırılması, tek tek atomların ve moleküllerin yüklerinin geometrik dağılımına nüfuz etme, yapılarını inceleme ve çok çeşitli fiziksel ve kimyasal problemlerin çözümüne yaklaşma olasılığını önümüze açıyor" diye yazdı. Elektronik madde teorisinin spektral analize getirdiği bu devasa görev, spektroskopi için geniş bir ilginç ve verimli çalışma alanı açar, ancak çözümü için spektrumun farklı bölümlerinde bir dizi sistematik çalışma gerektirir ... Acil görev, bize erişilebilen tüm elektromanyetik dalgalar ölçeğindeki soğurma bantlarını belirlemektir ... "

Bu, radyasyonun madde ile etkileşim süreçlerini incelemek için hala aynı büyük Lebedev programıdır. Arkadiev'in çalışmaları büyük ilgi gördü. P. Ehrenfest, 20 Haziran 1913'te Moskova'da ona şunları yazdı: “Dün Weiss ve Einstein'a manyetik çalışmanızdan bahsettim. Her ikisi de deneylerinize ve fikirlerinize büyük ilgi gösterdi.

EK Zavoisky araştırmasına savaştan önce, 1939'da başladı ve Mayıs 1941'de protonlar üzerinde deneyler yaparak, bir grup meslektaşıyla ilk kez eski elektromıknatıs nedeniyle ara sıra kapanan düzensiz olan garip sinyaller gözlemledi. Savaş işi kesintiye uğrattı, kontrol deneyleri yapmak mümkün olmadı, materyaller yayınlanmadı. Ve bu sinyaller, bilim adamlarına en değerli sırlarından birini anlatmaya hazır, doğaları gereği onlara verildi.

Nükleer manyetik rezonansın keşfi için Amerikalı fizikçiler F. Bloch, R. Pound ve E. Purcell, 1946'da Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.

Savaş sırasında, radyo dalgalarının paramanyetikler tarafından emilmesini inceleyen Zavoisky, artan dalga frekansıyla daha güçlü manyetik alanlara doğru kayan, açıkça belirgin bir absorpsiyon maksimumuna dikkat çekti - bu kesinlikle etkinin rezonans doğasını gösterdi.

1943'te P. L. Kapitsa tahliyeden Moskova'ya döndü (yine 20. yüzyılın manyetizma patriği Kapitsa!). O sırada V.I. Ulyanov-Lenin'in adını taşıyan Kazan Üniversitesi Fizik Bölümü'nden sorumlu olan E.K. Zavoisky'yi yanında getirdi. Güçlü çalışanlar olmadan, zayıf ekipmanla EPR'yi açmayı başardı! Bir paramıknatıs, belirli alan frekanslarında elektronlar başka bir yüksek frekanslı alan tarafından "döndüğünde" enerjiyi emebilir. Yumuşak demirin manyetizasyonunu inceleyen Stoletov'un araştırmasını nasıl hatırlayamazsınız!

Kapitsa, Zavoisky'yi Moskova'daki Fiziksel Sorunlar Enstitüsü'nün ekipmanı üzerindeki etkiyi göstermeye ve düşük sıcaklıklardaki etkiyi araştırmaya davet etti. Gelecekteki akademisyen AI Palnikov, Zavoisky ile birlikte bir deney düzeneği oluşturmak için çalıştı.

1974 yılında, P. L. Kapitsa sekseninci doğum gününü kutlarken, E. K. Zavoisky ona şu anda ünlü olan enstalasyonunun bir modelini hediye etti. İşte hediyeye eşlik eden metin:

“Sevgili Pyotr Leonidovich!

Elektron paramanyetik rezonansı değerlendiren ilk fizikçisiniz. Yıldönümünüzde, bunun anısına, korunanları kabul etmenizi rica ediyorum ... 1946 Fiziksel Sorunlar Enstitüsü. Bodrum. Parçalardan birleştirilmiş bir klistron üzerinde 10 cm dalga boyu aralığında EPR çalışması için kurulum: klistron Amerikan, yüksek frekans kablosu Alman. Ekipmanın geri kalanı yerliydi. Her şey korunmadı. Ama dostluk atmosferi hafızamda kaldı. Sen ve Alexander Iosifovich Palnikov, EPR'nin mutlu kaderini büyük ölçüde belirlediniz. 1974

Sevgiler, EK Zavoisky.

Zavoisky'nin keşfi, daha sonra lazerlerin yaratılmasına yol açan ve aynı zamanda doğası gereği EPR'ye yakın yeni fiziksel etkilerin - nükleer paramanyetik rezonans, ferromanyetik ve antiferromanyetik rezonans, akustik paramanyetik rezonans, vb.

Nükleer Çağın Piramitleri

Demokritos bile bir elmayı ikiye, tekrar ikiye, tekrar dörde bölerek vb. keserek, maddenin en küçük "atomlarına" ulaşılabileceğinden emindi. Antik Yunan filozofu haklıydı; 90. çatallanmada, önünde iki atom "yatardı". Ama bu kadar ince kesimler için "bıçak" nereden alınır? Bugün, gerekli araçlar mevcut, büyük Lawrence ve daha az büyük olmayan Wexler, emekleriyle temel parçacık hızlandırıcılarının uygulamaya girdiği yaratılışlarına dahil oldular. İkincisinin mıknatıssız varlığı düşünülemez.

Dönemin insanını, bilim ve sanatının gelişmişlik düzeyini her şeyden önce korunmuş anıtlarla değerlendiriyoruz. Mısır piramitleri, Roma su kemerleri, Rus ikonaları, Floransa freskleri, Ajanta mağaraları, ortaçağ Avrupa katedralleri, barajlar ve zaman olarak bize daha yakın olan teleskoplar geçmiş dönemlerin eşsiz sembolleridir ve bazen o zamanları dolgun ciltler dolusu tarih kitaplarından daha doğru bir şekilde yeniden yaratırlar. Ve huzursuz çağımızın geride bırakacağı anıtlar arasında belki de en çarpıcı olanı, o zamana kadar terk edilmiş ve nükleer çağı en iyi şekilde karakterize eden dev hızlandırıcılar olacaktır: biliminin, teknolojisinin, sanatının durumu, maddi yetenekleri ve hatta insanlar ve uluslar arasındaki ilişkiler. Hızlandırıcılar yüzyılımızın piramitleridir... Bu yaratımlarda yer alan insanlar özen ve dikkatle çevrili; bütün dünya onlara hayranlıkla bakıyor; insan bilgi ve becerisinin en ön saflarında yer alırlar; önlerinde sonsuzluğun, uzayın, maddenin, insan ruhunun bilinmeyen derinlikleri var... Modern hızlandırıcıları, nükleer çağın piramitlerini yaratan o ünlü ve bilinmeyen seçilmişlere ne mutlu...

Pek çok kişiye daha doğru bir şekilde atfedilecek olan parlak ve seçkin bir kişiliğe değer atamak çok insani bir özelliktir. Siklotronun "mucidi" Ernest Lawrence için de durum böyleydi. Columbus'un Amerika'yı keşfetmemesi gibi, Lawrence da fizikçilerin yorulmak bilmez merakı sayesinde kısa sürede daha önce hayal bile edilemeyen devasa boyutlara ulaşan atomik parçacıkların hızlandırıcısı olan siklotronu icat etmedi. Lawrence'tan önce, Lawrence'la birlikte ve ondan sonra bilim adamlarını yetiştirecek çok sayıda yetenekli bilim insanı vardı.

onunla keşif onurunu paylaşma hakkına sahiptir. Dolayısıyla, Lawrence'tan iki yıl önce bir siklotrona benzeyen bir cihazı test eden Kharkov fizikçilerinden bahsedilebilir. Daha pek çoğundan bahsedilebilir. Ama herhangi bir fizikçiye "Siklotronu kim icat etti?" diye sorun. Ve tereddüt etmeden cevap verecek: "Lawrence."

1932'de birdenbire kendisini Kaliforniya Üniversitesi'nin darmadağın topraklarında bulan bir kişi, eğitim kimyası laboratuvarlarına giden yolda bulunan küçük bir binanın tam anlamıyla gözlerinin önünde parçalandığını fark edebilirdi. Binadan jeneratörlerin gergin uğultusu, yağan kıvılcımlar, cıvalı redresörlerde için için yanan alevler geliyordu. Etraftaki her şey güçlü lambaların ışığıyla doluydu. Bazı insanlar telaşlandı. Burası siklotronun inşa edildiği yer. Lawrence'ın liderliğinde.

Ernest Lawrence'ın hayatı, tipik bir "şanslı adamın" hayatına benziyor. Evet, Lawrence'ın mutlu olmak için her türlü nedeni vardı. Zamanının en ünlü fizikçileri gibi o da birkaç üniversitede okudu: Minnesota, Chicago ve Yale. Daha önce okuldayken fiziğe olan ilgisi öğretmeni Aikley tarafından destekleniyordu. Yale Üniversitesi'nde Lawrence, olağanüstü deney yeteneğinden dolayı bir doktora derecesi (fizik alanındaki doktora derecesine eşdeğer) aldı. Bu nedenle, 1925'te Yale Üniversitesi'nde okurken, renkli televizyonun uygulanması için ilkeler önerdi ve daha sonra bağımsız olarak böyle bir televizyon inşa etti (Geçen yüzyılın 60'larında, Japon firmaları Lawrence tarafından önerilen ilkeye göre çalışan renkli transistörlü bir televizyon başlattı), saniyenin milyonda biri mertebesindeki zaman aralıklarını ölçmek için bir yöntem önerdi, vb.

O zamanlar Lawrence için özellikle ilgi çekici olan, iyonların hızlanmasıydı. Nasıl yapılır? Eşsiz Sovyet hızlandırıcılarının en ünlü yaratıcılarından biri olan E. G. Komar'ın "Yüklü parçacık hızlandırıcıları" kitabında, maddeyi hızlandırmanın çeşitli yöntemleri karşılaştırılır. Gerçekten de, bir parçacığı hızlandırmak, ona enerji vermek ne demektir? Bu, hızını artırmak anlamına gelir. Bir taşı fırlatarak, taşın atomlarına giren yüklü parçacıkları hızlandırırsınız. Parçacıklar başka bir şekilde, örneğin bir silahla ateşlenerek hızlandırılabilir.

Bu durumu ele alalım. 100 g kütleli bir mermi 1 km/s hızla uçsun. Merminin kinetik enerjisi nedir? İyi bilinen formülle hesaplanabilir: E = t 1 /! \  u003d 100 10 10 /2 erg \u003d\u003d 3.13 IO 17  MeV. Küçük bir maliyetle büyük miktarda enerji aldığımız için, çekim parçacıkları hızlandırmak için ideal bir yöntem gibi görünüyor. Ancak işler o kadar basit değil. Bu muazzam enerji parçacıklar arasında dağılmıştır ve her bir parçacığın ayrı ayrı nükleer dönüşümlerin yoğunluğunu belirleyen enerjisi elbette önemsiz olacaktır. Dolayısıyla, böyle bir sistemin her protonu için yalnızca 0,005 eV enerji vardır ve bu elbette tamamen yetersizdir.

Peki ya merminin hızını arttırırsak? Enerji formülünde hızın karesi alınır ve enerji seviyesini büyük ölçüde etkiler. Bununla birlikte, hesaplamalar, hızdaki bir artışın, uzay hızına kadar bile, temel parçacıkların yeterli enerjisine ulaşılmasına yol açmadığını göstermektedir.

Belki de, parçacıkları hızlandırmak için tüm elektrik motorlarının çalışmasının altında yatan fikri kullanmak için? Çok uzun bir elektromıknatısımız olsun - yaklaşık 2 T boşlukta bir alanla birkaç kilometre mertebesinde. Şimdi bu elektromıknatısın boşluğuna akımlı bir iletken yerleştirilirse, iletken hareket etmeye başlayacaktır. Hareketinin sonunda, tabii ki erimediği sürece önemli miktarda enerji elde edebilir (ne kadar ivme kazanmak istersek, iletkende sağlamamız gereken akım yoğunluğu o kadar büyük olur). Bu erime sıradan iletkenlerde zaten ІО 7 cm/s hızında gerçekleşir  , yüksek enerjilerde hızlanma için açıkça yetersizdir.

Bu nedenle, yüklü parçacıkları hızlandırmanın en etkili yöntemi, onların bir elektrik alanındaki hızlanmalarıdır. 1 milyon V'luk bir potansiyel farkın etkisi altında, parçacık 1 MeV'lik bir enerji kazanır.

Bir gün, kütüphanede okurken Lawrence, bir Alman yazarın, aralarında bir elektrik alanı bulunan iki boşaltılmış tüp hakkında yazdığı bir makaleyi okudu. Tüpten tüpe atlayan yüklü bir parçacık, enerjisini önemli ölçüde artırdı.

Neden arka arkaya dört, on, yüz boruyu birbirine bağlamayalım, diye düşündü Lawrence. O zaman parçacığın enerjisini de uygun sayıda arttırabiliriz, belki bir atomu parçalamaya yetecek seviyeye getirebiliriz?.. Muhtemelen bu mümkün... Ama o zaman kurulum çok uzun olur, belki birkaç kilometre uzunluğunda olur... Peki ya bu tüpleri bir spiral şeklinde yuvarlarsak? Sonra küçük bir alana yerleştirilebilirler ... Ama parçacıklar düz bir çizgide hareket eder ... Onları nasıl spiral şeklinde çalıştırabilirim? Parçacıklar her zaman düz bir çizgide hareket etmez: parçacıklar bir kez manyetik alanda hareket etmeye başlar

daire ... Yani, bir manyetik alan uygulamanız gerekiyor - bu tüp spiralini mıknatısın kutupları arasına yerleştirin ... "

Böylece Lawrence, siklotronun çalışma prensibini keşfetti. Bu keşfin yalnızca Lawrence'ın yaşamı üzerinde değil, aynı zamanda nükleer fiziğin daha da geliştirilmesi üzerinde de güçlü bir etkisi oldu.

Ancak, fikir her şey değildir. Lawrence tarafından yapılan iki küçük model, yeni prensibin doğruluğunu kanıtlasa da, bu prensibi pratik kullanım imkanına getirmek gerekliydi. Lawrence beş yıldır öğrencileriyle birlikte ultra yüksek vakum sağlama, güçlü yüksek frekanslı jeneratörler yaratma ve bir mıknatıs seçme sorunları üzerinde çalışıyor.

Acele etmemiz gerekiyordu. O zamanın hızlandırıcıları zaten 0,8 MeV'ye kadar enerjiye sahip protonlar üretiyordu. Ernest Rutherford'un çalışmasına ve kuantum mekaniğinin bazı bulgularına göre, yaklaşık 1 MeV enerjiye sahip protonların atomları parçalaması gerekir. Atomu ilk parçalayan olma onuru o kadar cezbediciydi ki, dünyaca ünlü birçok laboratuvar bunun için büyük bir coşkuyla yarıştı.

Rutherford yönetiminde Cockcroft ve Walton, Lawrence için en "tehlikeli" rakipler olan Cambridge'de çalıştı. Rutherford'un araştırma tarzı, deneylerin maksimum basitliği, zarafeti ve saflığından oluşuyordu.

İsviçre'deki Generoso Dağı'nda, Avrupalı ​​fizikçiler Brush, Lange ve Urban, şimşekleri protonları hızlandırmak için kullanmaya çalıştılar, bu da onlara hemen çok önemli bir avantaj sağlayacaktı, çünkü şimşek kullanılarak elde edilebilecek potansiyel fark çok büyük ve parçacıklar şimşekle 15 MeV ve üstüne kadar hızlandırılacaktı. Araştırmacılar bitişik kayaların arasına metal bir ağ gerdiler. Bir fırtına sırasında, bu ızgarada önemli bir pozitif yük birikmiştir. Bir zamanlar bilim adamları yaklaşık 5 m uzunluğunda yapay şimşek elde etmeyi başardılar, bu da 10 MeV'lik bir enerjiye ulaşıldığı anlamına geliyordu. Ancak böyle bir başarının bir bedeli oldu: Bir kaza sonucu Dr. Urban öldü ...

Buna rağmen rekabet devam etti. Ve Lawrence ilk olmayı umuyordu. Her zaman gülümsedi. Herhangi bir engel tanımadı: ne finansal, ne bilimsel, ne de teknik. Deneysel ve çok daha tehlikeli teorik nitelikteki zorlukları görmezden geldi.

Lawrence'ın ilk deneylerinin yapıldığı küçük ahşap bina, San Francisco'nun pitoresk tepelerinde deniz kıyısına yayılmış Berkeley'deki görkemli radyasyon laboratuvarının ortaya çıkmasına neden oldu ve daha sonra dev bir fazotron yerleştirildi ve bu da zamanımızın heyecan verici keşiflerinden biri olan antiprotonun keşfini yaptı.

Gelecek nesillerin Berkeley'leri gururla, "Dünya karşıtı Berkeley'de başlıyor," dedi. Ama Lawrence ilk siklotronu inşa etmeye başladığında, sadece bir fikri, bin doları ve her şeyi yapabileceğine dair güveni vardı, "şanslı" için o kadar da mantıksız olmayan bir güven.

Başlamak için ilk şey bir mıknatıs yapmaktı. Bununla birlikte, bu tür geleneksel bir yaklaşım çok zaman alabilirdi ve bu nedenle Lawrence, bir depoda bayatlamış ve daha önce müşteri tarafından satın alınmayan egzotik bir radyo vericisine yönelik seksen tonluk devasa bir mıknatıs satın aldı; Lawrence onu tam anlamıyla kuruşlar için almayı başardı.

Radyo bileşenlerinin eksikliği, kendi eski radyoları, sahipsiz alıcıları ve radyo bileşenlerini "ödünç alarak" veya hatta sadece yakındaki çöplükleri ziyaret etmenin bir sonucu olarak telafi edildi.

Fizikçiler mekanik parçaları kendileri yaptılar veya küçük fabrikalardan sipariş ettiler. İlk siklotronun vakum odası, bir brülörün alevinde yassılaştırılmış bir laboratuvar şişesiydi.

Lawrence'a çoğunlukla öğrencilere yardım etti. Elbette bu onların ana mesleği değildi ve bu nedenle her şey siklotronu olabildiğince çabuk yapmayı amaçlıyordu. Çoğu zaman, çalışma geceleri yapılırdı ve mola sadece sabah saat dörtte, yorgun öğrenciler ve liderleri en yakın gece restoranı "White Tavern" de bir şeyler atıştırmaya gittiklerinde yapılırdı. Laboratuvardaki her şey sadece koşarak yapıldı. Lawrence enerji ve iyimserlikle doluydu, küçük sorunları ve hataları fark etmedi ve yalnızca başarıya odaklandı. Görünüşe göre uzun ve yoğun figürü aynı anda birkaç yerde görülebiliyordu. Deneylerdeki ustalığı ve çalışanlara verdiği kesinlikle doğru ve kendinden emin tavsiyeler nedeniyle ona "maestro" deniyordu. Aynı zamanda Lawrence, herkesin yaratıcı bir şekilde çalışması ve keşif sevincini paylaşması için çabaladı, ancak bu,

1932'de dünyanın ilk siklotronu inşa edildi. 1.2 MeV enerjili bir proton demeti verdi, yani. atomların parçalanabileceği noktanın çok ötesinde. Ama Lawrence geç kaldı...

Rutherford'un öğrencileri olan Cockcroft ve Walton, temelde farklı bir araştırma yöntemi kullanarak ve yalnızca 0,7 MeV enerjiye sahip bir ışın elde ederek, Cavendish Laboratuvarı'nda yapay atom bölünmesini çoktan başardılar ...

Bu, Lawrence için acımasız ama yararlı bir dersti. Şimdi çabalarını siklotronu geliştirmeye ve onun yardımıyla elde edilen parçacıkların enerjisini artırmaya yönlendirmeye karar veriyor, parçacıkların enerjisindeki bir artışın parçacıkların etkileşimi sorularını çözmeyi mümkün kılacağını ve atom yasalarının bilgisine giden yolu açacağını çok iyi biliyor. Keşif yapıldı, artık sistematik ve güvenilir sonuçlara ulaşmak gerekiyor. P. L. Kapitza'ya göre "bu yüzyılın sonundaki ve bu yüzyılın başındaki tüm fizikçiler arasında en temel keşifleri yapan (elektronu ve izotopları keşfeden)" J. Thomson, "Anılar ve Düşünceler" adlı kitabında bu konuda şunları söyledi.

“...Genellikle, yeni bir fiziksel olgunun keşfindeki ilk adım çok paraya mal olmaz. Bu nedenle, X-ışınlarının Roentgen tarafından keşfi veya Curie radyum veya C. T. Wilson'ın elektrik yüklü parçacıklar üzerinde damlacık oluşumu üzerine uzun deneyleri - bunların hepsi ihmal edilebilir meblağlara mal oldu. Bunun gibi keşifler, satın alınamayacak bir şeye borçludur - kesinlikle gözlemin, sezginin, öncü çalışmaya eşlik eden tüm zorlukların ve çelişkilerin nihai çözümüne kadar sarsılmaz coşkunun keskinliği ve gücü. İlk keşif yapıldığında, gözlemlenen etki çok küçüktür ve güvenilir sonuçlar elde etmek için bir dizi uzun deney gerektirir. Bu, büyük bir etki elde etme arzusudur ve pahalıdır. Bu, güçlü mıknatıslar yapmak için binlerce sterlin harcamak anlamına gelebilir, veya yüz binlerce voltluk elektromotor kuvvetler elde etmek veya büyük radyum stokları elde etmek. Ancak, yeni bilgilere çok daha hızlı ve daha kesin bir şekilde ulaşmamızı sağladığı için tüm bu para iyi harcandı.

Akademisyen P. L. Kapitsa bu vesileyle şu karşılaştırmayı yaptı: “Kolomb, sonucu Amerika'nın keşfi olan bir sefere çıktığında, modern bir bakış açısıyla basit bir küçük firkateynle, bir tekneyle gitti. Ancak Amerika'ya bir ülke olarak hakim olmak için Lusitania, Titanic gibi büyük gemiler inşa etmek gerekiyordu ve bu tamamen haklı çıktı.

İlk Lawrence siklotronu 1.000 dolara mal olduysa, o zaman 6.000 MeV senkrotronu 3 milyon dolara ve 30.000 MeV Brookhaven Laboratuvarı senkrotronu 34 milyon dolara mal olduysa, Lawrence'ın ilk siklotronun inşası sırasında sadece birkaç öğrenci asistanı varsa, daha sonra radyasyon laboratuvarındaki personel birkaç bin kişiye yükseldi.

Lawrence, 38 yaşında, tanınan büyük fizikçilerden biri oldu. Lawrence'ın Nobel Ödülü'nü aldığı gün arkadaşlarından biri ona şaka yollu bir telgraf çekti: "Sevgili Ernest, kariyer açısından biraz umut veriyorsun ..." Bu, Voltaire'in hasat çoktan hasat edildiğinde tarih alanında kalan spikeletlerle karşılaştırdığı anekdotlar aleminden zaten.

Birkaç trende taşınan ve yer altı galerilerinde bulunan bu devasa mıknatıslarda bu kadar büyük ekipleri çözmek için hangi görevler çağrılıyor? 20. yüzyılda fiziğin gelişiminde üç aşama ayırt edilebilir: atomun incelenmesi, atom çekirdeğinin incelenmesi ve son olarak temel parçacıkların yapısının incelenmesi. İkinci ve birinci etapların devam etmesiyle birlikte şimdi üçüncü etapta da yoğun araştırmalar yapılıyor.

Hızlandırıcıların bu anlamda çift anlamı vardır. İlk olarak, hızlandırılmış parçacıkların diğer elementlerin çekirdekleriyle etkileşimi, henüz bilim tarafından bilinmeyen yeni parçacıkların ortaya çıkmasına neden olur. İkincisi, kuantum mekaniği kavramlarına göre hızlandırılmış parçacıklar, belirli bir uzunluktaki dalgalar olarak yorumlanabilir ve dalga boyu ne kadar küçükse, hızlandırılmış parçacığın enerjisi o kadar büyük olur. Fizikten de bilinir: herhangi bir dalganın yardımıyla, yalnızca doğrusal boyutları dalga boyundan daha büyük olan nesneleri "görebilirsiniz". Aksi takdirde, dalga engeli "fark etmez". Bu nedenle, mikro dünyanın küçük nesnelerinin yapısını incelemek için mümkün olan en kısa uzunluğa sahip dalgalara sahip olmak gerekir, yani. en hızlı parçacıklar

Uzayın yapısının (uzayın kuantum özellikleri var mı?) 10-15 cm veya daha kısa bir mesafeden ve ayrıca zamanın yapısının (belki zaman sürekli akmaz, ancak bazı kısımlarda?) 10-25 s veya daha kısa aralıklarla incelenmesi ile ilgili sorunları çözmek için, 1 milyon MeV enerjiye sahip (Lawrence tarafından 1932'de elde edilen enerjinin yaklaşık 1 milyon katı) parçacık hızlandırıcılara ihtiyaç vardır.

Bilim adamları, yeni güçlü hızlandırıcıların yardımıyla birçok sorunu çözmeyi umuyor. Doğa, geri kalan her şeyin sentezlendiği element olarak neden hidrojeni seçti? Madde neden kararlıdır? Bir elektronun elektrik yükü neden bir protonun zıt yüküne tam olarak eşittir? Bu yük neden tam olarak 1,6 ■ IO 19 ־ C'ye eşit ? Bir proton neden bir elektrondan 1846 kat daha ağırdır? Yerçekimi, elektromanyetik, nükleer ve zayıf etkileşimler, tek bir fiziksel gerçekliğin farklı yönleri olabilir mi?

Listelenenlerden başka bir "beşinci kuvvet" var mı?

Doğada tek kutuplar var mı - yalnızca bir manyetik kutbu olan ve elektrik yüklerine eşdeğer parçacıklar? Son olarak, belki de tüm "temel" parçacıklardan oluşan "şeytanları" - kuarkları tespit etmek mümkün müdür? Zaman geriye doğru akamaz mı? Tüm bu sorular, dünya anlayışımızın derinlikleriyle ilgilidir.

Bir zamanlar Amerikan atom projesinin başkanı olan Profesör Robert Oppenheimer, görkemli hızlandırıcılar üzerindeki deneyler sürecinde sadece şaşırtıcı keşiflerin yapılabileceğini dışlamadı. Örneğin, nedenin her zaman sonuçtan önce geldiğini kim söyledi?

“Olayların geleneksel nedensel tanımının, yani geleceğin sürekli izlenebilir bir şekilde geçmişe bağlı olduğu bir açıklama. İyi çalışılmış enerji alanlarında, uzay, zaman ve nedensellik hakkındaki bu tür fikirleri yanlış kılacak hiçbir şey fark edilmedi. Planlanan güçlendiricilerin yüksek enerji seviyeleri bu sorunların çözülmesine yardımcı olacaktır.”

Başarıdan sarhoş olan Lawrence ve yardımcıları, ilk siklotronun piyasaya sürülmesinden hemen sonra yeni bir dev makine - "mamut siklotron", "dev siklotron", "canavar siklotron" koydular. İnşaatı için muazzam fonlar tahsis edildi. İnşaata yüzlerce kişi katıldı.

Ve şimdi dev siklotron inşa edildi. Devasa çok metrelik mıknatıslarının parıldayan cilalı düzlemleri, o sırada devasa bir enerjiye - 60 milyon eV - hızlanan, aralarında dönmeye başlayacak bir atomik parçacık sürüsü için şimdiden hazır.

Ama ne oldu? Tasarımcılar neden henüz piyasaya sürülmemiş bir devin yanından aceleyle geçip ona bakmamaya çalışıyorlar? Milyonları yutan dev hakkında neden tüm konuşmalar soğuk bir sessizlikle karşılandı?

Hesaplamaları incelerken, tüm bu metal kütlesinin işe yaramaz olduğu ortaya çıktı - Lawrence siklotronu, içsel özellikleri nedeniyle ve amansız görelilik teorisine göre, prensipte 25-30 MeV'nin üzerinde enerjiye sahip parçacıklar üretemez.

Herhangi bir parçacığın kütlesi, parçacığın hızı ışık hızına yaklaştıkça artar. Ancak daha büyük kütleli bir parçacık daha az hareketlidir - daha düşük enerjili parçacıkların gerisinde kalmaya başlar ve hızlanan boşluğun gerisinde kalır, yani. hızlanan elektrik alanın küçük veya parçacığa doğru yöneldiği anda ona çarpar ve onu yavaşlatır. Bu kısır döngüden çıkmak için yapılan tüm girişimler boşunaydı ...

... Başarısız rekor siklotronun gereksiz çok tonlu mıknatısı, hızlandırıcılarda üretilen parçacıkların enerjisini teorik olarak sınırsız olarak artırmanın mümkün olduğu "otofazlama" fikrinin ilk kez ortaya atıldığı Sovyet fizikçi Vladimir Veksler'in makaleleri ortaya çıktığında, dört yıldan fazla bir süredir laboratuvarda toz topluyordu. Belki de sadece fizikçiler bu yeni ilkenin estetik yönünü takdir edebilirler. Parçacıkların kendileri, değişen frekanstaki elektrik alanının etkisine uyarak, tam ihtiyaç duyulduğu anda hızlanan boşluğa gelir - bir an önce değil, bir an sonra değil.

Daha önce bilinmeyen bir isim olan V.I. Veksler tarafından imzalanan bu çok tarihi üç makale, 1944'te Doklady Akademii Nauk SSSR dergisinde yayınlandı. Bu makaleler hızlandırıcıların yaratılmasında yeni bir dönem açtı.

“Hızları artan parçacıkların kütlesindeki siklotron artışı için bu “zararlı”yı bizim amaçlarımız için kullanmak mümkün değil mi? Wexler yazdı. Başka bir deyişle, parçacıkların dönme periyodunun, en azından birçok devirin ortalamasında, tam olarak parçacıkların enerjisindeki artış nedeniyle, otomatik olarak her zaman hızlanan alternatif alanın periyoduna eşit tutulacağı koşullar yaratmak mümkün müdür? Bu gerekliliği yerine getirmeyi başarırsak, hızlanma için önemli olan rezonansın keyfi olarak uzun bir süre, yani. parçacıklar keyfi olarak yüksek enerjilere hızlandırılabilir.”

Wexler'in fikri, parçacıkların kütlesindeki bir artışla, manyetik alanın da artmasını sağlamaktı, bu da yörüngelerinin yarıçaplarını azaltacaktı: "Yarıktan her geçişte, parçacıklar, bu parçacığın hızlanma anında dees arasındaki alan gücüne bağlı olarak, kütlelerinde farklı bir artış (ve buna bağlı olarak, manyetik alan tarafından sarıldıkları yarıçapta farklı bir artış) yaşarlar. Görünüşe göre tüm parçacıklar arasında bu tür seçilmiş "şanslı" parçacıklar var (bunlara genellikle denge denir). Bu denge parçacıkları için, dönme periyodunun sabitliğini otomatik olarak koruyan mekanizma özellikle basittir.

"Şanslı" parçacıklar, dee yarığından her geçişte kütlede bir artış ve dairenin yarıçapında bir artış yaşarlar. Bir devir sırasında manyetik alandaki artışın neden olduğu yarıçaptaki azalmayı tam olarak telafi eder. Bu nedenle, “şanslı” (denge) parçacıklar, manyetik alan arttığı sürece rezonansla hızlanabilir.”

Akademisyen V. I. Vekeler'in kaderi inanılmaz, neredeyse imkansız. Yedi yıl boyunca, Birinci Dünya Savaşı'nın başında cephede ölen babasız kaldı ve 1921'de Zhytomyr bölgesinde korkunç bir yıkım olan kıtlık sırasında yetimhanesini sonsuza dek terk etti ve Moskova'da parasız tek başına kaldı. Evsiz bir insan olur. Geceyi Khitrovy pazarında asfalt fıçılarda güneşlenerek geçirir. Baskınlardan biri sırasında polis onu alıp Komintern yetimhanesine, Khamovniki'de sahipleri tarafından terk edilmiş eski bir malikanede kurulan bir komün evine gönderdi. (Bu arada, Wexler'in biyografi yazarlarından bazılarının, yukarıda anlatılan hayatındaki olayları daha pembe tonlarda gördüklerini not ediyoruz.)

O eve 25 eski evsiz yerleşmiş. Hayatları sıkı bir şekilde düzenlenmişti: erken kalkma, mutfak işleri, temizlik, kahvaltı, okul çalışmaları, öğle yemeği. Akşamları komünde her türlü çevre çalıştı. Akşam yemeğinden sonra kesin olarak belirlenmiş bir zamanda - uyuyun. Ev-komününün kendi yasaları vardı. Hayata dair her konuda genel kurulda karar alınmış, tartışmaya, eleştiriye ve itiraza konu olmamıştır.

Burada, komünde, Vladimir Veksler fizikle son derece ilgilenmeye başladı ve bir keresinde kendisi bir dedektör radyo alıcısı yaparak arkadaşlarını şaşırttı.

Doğuştan bir sosyal aktivist olduğu ortaya çıktı, her zaman öndeydi, tek bir kültürel etkinliği, tiyatroya tek bir ziyareti bile kaçırmadı; din karşıtı propagandanın, her türlü toplu gezilerin ve halk bahçelerinde çalışmanın aktif bir katılımcısıdır.

Vladimir liseden oldukça iyi bir şekilde mezun oldu ve 1925'te Moskova Komsomol Khamovnichesky Bölge Komitesi tarafından elektrikçi olarak Sverdlov fabrikasına gönderildi. Orada iki yıldan fazla çalıştı ve tabii ki hem prodüksiyon hem de kamu açısından kendini mükemmel bir şekilde gösterdi. Tesis ona enstitüye bir Komsomol bileti verdi. O zamanlar, üniversite çalışmalarını iyileştirmek için her türlü değişiklik ve reformla, programlarda ve eğitim profillerinde sık sık yapılan değişikliklerle dolu bir kampanya vardı. Ve öyle oldu ki, Plekhanov Ulusal Ekonomi Enstitüsü'nün tam zamanlı bölümüne giren V. I. Veksler, sonunda 1931'de Moskova Enerji Mühendisliği Enstitüsü'nden elektrik mühendisliği diploması alarak harici öğrenci olarak mezun oldu. Dar uzmanlık alanı X-ray ekipmanıydı.

Bu zamana kadar, iyonlaştırıcı radyasyonu ölçmek için yöntemler geliştirdiği ve gerekli kurulumları kendi elleriyle yaptığı X-ışını kırınım analizi laboratuvarında All-Union Elektroteknik Enstitüsünde çalıştı. Öğrencilerinden biri daha sonra şöyle hatırladı: “Neredeyse 20 yıl boyunca kendisi tarafından icat edilen çeşitli enstalasyonları kendisi topladı, bir araya getirdi, hiçbir işten asla çekinmedi. Bu, modern fiziğin yalnızca cephesini, yalnızca ideolojik yönünü değil, aynı zamanda nihai sonuçların, ölçümlerin doğruluğunun ardında gizlenen her şeyi net bir şekilde görmesini sağladı. Bilim tarihindeki tek örnek olmasa da, en büyük modern fizikçilerden birinin eğitim görmüş bir mühendis olması oldukça karakteristiktir.

Doğru, V. I. Veksler'e her zamanki kıstaslarla yaklaşılmamalıdır. Resmi eğitim niteliği onun için çok az şey ifade ediyordu. Hayatı boyunca okudu ve yeniden eğitim aldı. Ve hayatının son yıllarına kadar, akşamları, tatilde, dikkatlice çalıştı ve teorik çalışmaları özetledi. Dubna'dan Moskova'ya tekrar tekrar yaptığı uzun gezilerini bilimsel konular ve çalışmalar üzerine tartışmalar için de kullandı.

1936 yılında Veksler'in hayatında önemli bir olay gerçekleşir. Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü'nün (FIAN) genç çalışanları I. M. Frank, P. A. Cherenkov, L. V. Groshev onunla ilgilenmeye başladı. Ve böylece I. M. Frank, seminerde bir rapor hazırlamasını önerdi, ardından Veksler S. I. Vavilov'a davet edildi ve ardından Lebedev Enstitüsünde doktora çalışmaları yapıldı.

İlk başta, Veksler kozmik ışınları aldı, sonra Lawrence siklotronunu almak zorunda kaldı. Lawrence'a benzer bir siklotron inşa etmenin kolay bir iş olmadığı ortaya çıktı. 1930'ların ortalarında, Lawrence'ınki gibi kutup ucu çapı yaklaşık bir metre olan bir siklotron, Leningrad'da ancak 1940'ta yaratılmış olmasına rağmen, I. V. Kurchatov ve meslektaşlarının kaynayan enerjisi sayesinde, o zamanlar siklotron olarak adlandırılan Avrupa'daki ilk "atomik kırıcıyı" faaliyete geçirmek mümkün oldu. Vavilov, güçlü bir hızlandırıcı inşa edilmeden nükleer fizik alanındaki derin araştırmaların imkansız olduğunu anlamıştı. Daha o sırada, kutup parçalarının çapı birkaç metre olacak olan dünyanın en büyük hızlandırıcısını yaratmayı teklif etti. Birçokları için, otuz yıl sonra bile, böylesine cesur bir karar inanılmaz görünüyordu. Ancak kabul edildi ve uygulanmaya başlandı. Siklotron tugayı tamamlandı. V. I. Veksler, S. N. Vernov, L. V. Groshev, P. A. Cherenkov ve E. L. Feinberg'i içeriyordu. Hemen P. A. Cherenkov ve S. N. Vernov, gelecekteki siklotronun bir modelini yapmaya başladı. Hala küçük, kutup çapı yaklaşık otuz santimetre olan bir mıknatıs aldılar, kutupları dikkatlice işlediler. Savaş bu çalışmaların devamını engelledi.

Fikir, 1943'te, Sovyet atom programı güçlü bir hızlandırıcı gerektirdiğinde yeniden ortaya çıktı, o kadar güçlü ki Lawrence siklotron ilkesi artık uygun değildi. Veksler, 1944'ün başında yeni bir hızlandırıcı fikrini tamamen olgunlaştırdı. Zaten 1944'ün başında, S. I. Vavilov, müdürünün ofisinde Bilim Konseyi'ni acil bir toplantıya çağırdı. Orada Veksler mesajını verdi. Tartışma kızıştı. Veksler'in önerisi fantastik, gerçekleştirilemez görünüyordu. Ama fiziksel olarak dokunulmaz...

Profesör M. S. Rabinovich, "V. I. Veksler'in çalışanları," diye anımsıyor, "onu her zaman muhteşem performansından çok, sınırsız hayal gücünden etkilenmişti. Öğrencileri ile konuşurken sık sık "Tartışmak istediğim bir fikrim var" derdi. Hararetli bir tartışma çıktı. Fikir şiddetli eleştirilere maruz kaldı. Tartışmanın harareti hızla yükseldi. Orada bulunan herkes yeni teklifi çürütmek için elinden geleni yaptı. Tartışma ilerleyen günlerde de devam etti. Bazen bunu anlamak için çok fazla teorik çalışma gerekiyordu. Bu çalışmanın ardından tartışmalar devam etti. İtirazları karşı itirazlar takip etti. Bizim için V. I. Veksler'in öğrencileri, çeşitli fiziksel fikirleri geliştirmenin bu yöntemi mükemmel bir okuldu. Çok şey verdi ama aynı zamanda çok şey istedi. Herkes bu tür çalışmalara uzun yıllar dayanamaz, ancak benzer bir fikir okulundan geçen birçok bilim adamını V. I. Veksler'den sayabiliriz. Öğrencilerinin çoğu artık büyük araştırma ekiplerinin liderleri haline geldi.

V. I. Veksler en çok gençlerle, özellikle genç teorisyenlerle çalışmayı severdi. Ve bu anlaşılabilir. Fırtınalı yaratıcı çalışma sırasında, V. I. Veksler'in birçok fikri vardı, bazen yanlış fikirler vardı, ancak çoğu zaman çok ilginçti ve ilk bakışta o kadar sıra dışı, fantastikti ki, bilim yolunda geleneksel, yavaş, "sağlam" harekete alışmış birçok fizikçiye, itirazlara, hatta bazen alay konusu olmaya ve esası tartışma isteksizliğine neden oldular. Ne yazık ki, bazı çok iyi fizikçiler bile onun en parlak fikrine karşı temkinliydiler - parçacık hızlandırıcıları oluşturmak için temelde yeni yöntemlere yol açan otomatik fazlama ilkesi. Bu nedenle V. I. Veksler'in kendi çalışma tarzlarını yeni geliştiren gençlerle işi daha kolaydı.

L. N. Mandelstam otomatik fazlama fikrini beğendi, V. I. Veksler'in makaleleri yıldırım hızıyla İngilizceye çevrildi (bir süre sonra Amerikalı E. M. Macmillan benzer bir öneride bulundu).

Sonunda Lawrence terk edilmiş siklotron üzerinde çalışmaya devam edebildi ve birkaç ay içinde üzerinde 500 (!) MeV enerjiye sahip parçacıklar elde edildi. Ama artık bir siklotron değil, tamamen yeni bir makineydi - bir senkrosiklotron.

Bununla birlikte, bu yeni makinenin tanımına geçmeden önce, yüklü parçacık ivmesi sürecinin altında yatan bazı fiziksel olgulara dönelim.

Lawrence, parçacıkları aynı hızlanan boşluklara geri getirmek için bir manyetik alan kullanan ilk kişiydi. Manyetik alanda hareket eden herhangi bir yüklü parçacığın bir daire içinde hareket edeceği bilinmektedir. Lawrence böyle bir dairenin iki noktasına hızlanan boşluklar yerleştirdi. Lawrence'ın California Üniversitesi'ndeki bir depoda duran eski bir mıknatısa bu yüzden ihtiyacı vardı.

Hızlandırıcıda üretilen parçacıkların enerjisindeki artışla birlikte parçacıkların döndüğü yörüngelerin yarıçapı ve bununla birlikte mıknatısların çapı da artar. Bu nedenle dünyadaki en büyük mıknatıslar hızlandırıcı mıknatıslardır.

Bir siklotrondaki yüklü bir parçacık, iki kuvvetin etkisine tabidir: parçacığı siklotronun dışına "fırlatma" eğiliminde olan merkezkaç kuvveti ve parçacığı bir daire içinde hareket ettiren merkezcil Lorentz kuvveti. Yörüngedeki bir noktada yoğunluk, diyelim ki keskin bir şekilde sıfıra düşerse, o noktadaki parçacık, Lorentz merkezcil kuvveti tarafından tutulmayan, siklotrondan dışarı atlayacaktır.

Bu değerlendirmelere dayanarak, siklotron yörüngesi boyunca alan şiddeti kesinlikle sabit olarak ayarlanır. Bir denge yörüngesindeki merkezkaç ve merkezcil kuvvetlerin eşitliği, parçacığın sözde yatay kararlılığını sağlar. Bu ne anlama geliyor? Parçacığın bazı kuvvetlerin etkisi altında denge yörüngesinden daha büyük yarıçaplı bir yörüngeye geçtiğini varsayalım. Bu durumda, Lorentz merkezcil kuvveti merkezkaç kuvvetinden daha büyük olacak ve sonuç olarak parçacık, denge yörüngesine ulaşana kadar daha küçük yarıçaplı bir yörüngeye doğru hareket etmeye başlayacaktır. Parçacığın yörünge yarıçapı küçüldükçe ise tam tersi bir tablo ortaya çıkıyor.

Parçacık daha düşük veya 60 kat daha yüksek bir yörüngeye hareket ederse ne olur? Mıknatısın kutup parçaları birbirine paralelse ve çelik yüzeylere dik olması gereken manyetik kuvvet çizgileri paralel düz çizgilerse, yörünge yukarı veya aşağı hareket ettiğinde parçacık manyetik alandaki herhangi bir değişikliği "fark etmeyecektir". Tüm yörüngeler - orta, alt ve üst - parçacık için eşdeğer olacak ve bu da, sonunda kutup yüzeylerinin ideal olmayan imalatı nedeniyle parçacıkların mıknatısın kutuplarında "kaybolmasına" yol açacaktır.

Bunun olmasını önlemek veya dedikleri gibi, parçacığın hareketinin "dikey kararlılığını" veya "dikey odaklanmasını" sağlamak için, mıknatısların kutupları, kutbun kenarına olan boşluk büyüyecek şekilde eğimlidir. Ancak gerçekte eğrilen kutupların kendisi değil, ivmenin gerçekleştiği vakum odasının manyetik kapaklarıdır.

Bu durumda, hızlandırıcı mıknatısın alanı değişecektir: doğrudan direğin merkezinin altındaysa, alan çizgileri kutupların düzlemlerine dik olarak hala düz olacaksa, o zaman direğin dış kenarında alan çizgileri dışa doğru bükülerek alan çizgilerinin sözde namlu şeklindeki şişkinliğini oluşturur. Fıçı şeklindeki bir manyetik alan, "ekvator çemberinde" alanın minimum olması ve yukarı veya aşağı ilerlemeyle artmasıyla karakterize edilir. Böyle bir alanda hareket eden bir parçacık, bir mıknatısın kutbuna "düşemez", çünkü bu durumda zayıf alana sahip bir bölgeden güçlü bir alana sahip bir bölgeye hareket etmesi gerekir, yani. biraz enerji harca.

Kutbun kendisi konik bir şekle sahiptir, çünkü DİREK'in yüksekliği boyunca, saçılma akısının manyetik kuvvet çizgileri ondan tomurcuklanır. Böylece, kutup boyunca çalışan 30-na'dan ne kadar uzağa giderseniz, içinden geçen manyetik akı o kadar büyük olur.

Direk silindirik olsaydı ve kesitinin yüksekliği sabit olsaydı ne olurdu? Bu durumda kutuptaki endüksiyon çalışma bölgesine yakın kısmında (B = Φ/S, burada Ф  manyetik akıdır; S  manyetik akı yolunun kesitidir) çok düşük ve çalışma bölgesinden uzakta aşırı yüksek olacaktır. Direğin çeşitli bölümlerinde farklı ve en önemlisi mantıksız bir şekilde yüklendiği ortaya çıkacaktır. Bunun olmasını önlemek için direklere konik bir şekil verilir. Daha sonra daha küçük bir akış, daha küçük bir bölüme karşılık gelecek ve tüm bölümlerdeki indüksiyon aynı olacak ve kutup eşit şekilde yüklenecektir. Kutuptaki indüksiyonun çalışma alanındaki indüksiyona eşit olmasını sağlamaya çalışırlar, yani. 1,4-1,7 T

Neden büyük bir indüksiyon seçmiyorsunuz? Prensipte bu mümkündür, ancak daha yüksek bir endüksiyonla manyetik devrenin çekirdeği oldukça doymuş olacaktır ve içinden bir manyetik akı iletmek için büyük bir mıknatıslama akımı gerekecektir. Ayrıca kutuplar doygunsa çalışma alanında istenilen manyetik alan dağılımını sağlamak zordur.

Siklotron elektromıknatısının konik kutupları çoğunlukla tek bir çelik dövmeden yapılır. Ana bobinler kutuplara sabitlenerek güçlü bir manyetik alan oluşturur. Genellikle kalın (bölüm 50-100 mm 2 ) bakırdan veya içinde soğutma suyu için bir delik olan alüminyum baradan yapılırlar .

Ana sargıya ek olarak, siklotronlar boşluğun yakınında bulunan ek bir sargıya sahiptir. Direğin kesilmesi yakınında işaretlenmiş iki bobinden oluşur. Bu bobinler, parçacıkları hedefe "hedeflemek", başka bir deyişle, parçacıkların siklotron içinde hareket ettiği düzlemin yüksekliğini kontrol etmek için tasarlanmıştır. Bu düzlem, beklentilerin aksine, çeşitli rastgele faktörler nedeniyle genellikle kutuplar arasında ortada değildir. Yakındaki bir kasa, çelik kapı veya gaz silindiri orta düzlemde kaymaya neden olabilir.

Tarif edilen tipteki en büyük elektromıknatıslardan biri, Dubna'daki Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü'ndeki 660 MeV'lik senkrosiklotrona yerleştirildi. Bu mıknatısın kutuplarının çapı 6 m, kütlesi 7 bin tondur Berkeley'deki senkrosiklotron, boyut olarak ondan biraz daha düşüktür. Dubna'daki mıknatıs, bugüne kadar dünyanın en büyük elektromıknatısı olmaya devam ediyor.

Siklotronların mıknatıs kütlesi (m), yaklaşık formül G  = 4.8 10 3 ־ r 25 ־ kullanılarak hesaplanabilir , burada r,  kutbun yarıçapıdır, bkz.

Geleneksel hızlandırıcı mıknatısların kütlesi birkaç bin tondur. Siklotron mıknatısları ve dolayısıyla siklotronların kendileri devasa ve pahalı yapılardır. Genellikle radyasyona karşı koruma görevi gören birkaç metre kalınlığındaki beton duvarlarla çevrili özel muhafazalara yerleştirilirler. Pivot kapılar da betondan yapılmıştır.

Siklotronlar çoğunlukla bilimsel araştırmalar için kullanılır. Ancak son zamanlarda sanayi ve tarımın ihtiyaç duyduğu radyoaktif izotopları elde etmek için de kullanılmaya başlandı. Şimdi bazı ülkelerde, üzerinde hiçbir bilimsel araştırma yapılmayan birkaç siklotron var. Bu nükleer makineler, izotop üreten bir fabrikanın bir tür teknolojik ekipmanı rolünü oynuyor.

Bir siklotronda hızlandırılan parçacıkların enerjisinin bir sınırı olduğu ortaya çıktı. Görelilik teorisi tarafından belirlenir. İzafiyet teorisine göre herhangi bir parçacığın kütlesinin, parçacık hızı ışık hızına yaklaştıkça arttığı bilinmektedir. Ancak büyük kütleli bir parçacık daha az "çeviktir": daha düşük enerjili parçacıkların gerisinde kalmaya başlar ve hızlanan boşluğun gerisinde kalır, yani. hızlanan elektrik alanın küçük olduğu veya parçacığa doğru yönlendirildiği anda oraya varır.

Hesaplamalara göre, geleneksel bir siklotronda elde edilen protonların enerjisinin üst sınırı 25 MeV'dir. Manyetik alan kuvveti ne kadar büyük olursa, yüklü parçacık birim zamanda o kadar fazla devir yapar. Şu soru ortaya çıkıyor: manyetik alanın kutupların merkezinden kenarlarına doğru artması mümkün mü? Daha sonra kütledeki artış ve dolayısıyla parçacığın artan enerjiyle "ağırlığı" telafi edilebilir ve siklotronda üretilen parçacıkların enerjisi artırılabilir.

Ancak siklotronlarda tam tersini yaparlar: manyetik alan kutbun kenarına doğru azalır, böylece dikey odaklama gerçekleşir. Bu çelişkili talepler nasıl uzlaştırılabilir? Aynı anda dikey odak nasıl elde edilir ve çevreden direğin merkezinden alan nasıl artırılır?

Bu sorun uzun süredir ilgi görüyor. 1938'de Amerikalı bilim adamı Thomas, bu iki koşulun aynı anda sağlanması için siklotron boşluğundaki manyetik alanın değişmesi gereken bir formül önerdi. Ancak direğin şeklinin çok karmaşık olduğu ortaya çıktı. Bu nedenle, "eşzamanlı" bir siklotron fikrinin o zamanlar çok az taraftarı vardı.

Zamanla durum değişti. Fizik mühendisleri, karmaşık Thomas direkleri yerine basit şekilli çelik plakalarla kaplı sıradan silindirik direkler kullanmayı önerdiler. Anlaşıldığı üzere, bu tür bindirmeler, yarıçap boyunca alanda ve dikey odaklamada eşzamanlı bir artış sağlar. Eşzamanlı bir siklotronun boşluğundaki alanı düzeltmek için, genellikle karmaşık bir eşmerkezli ve sektörel düzeltici sargılar ve kaplamalar sistemi kullanılır.

Eşzamanlı siklotronlar, bu tip hızlandırıcılarda üretilen parçacıkların enerjisini 700-800 MeV'a çıkarmayı mümkün kılar. Enerjide daha fazla bir artış, oldukça zor bir problemdir, çünkü teknolojik nedenlerden dolayı, bu kadar yüksek enerjilere sahip siklotronların manyetik alan konfigürasyonları için tüm gereklilikleri doğru bir şekilde karşılamak zordur.

Senkrosiklotronlarda veya fazotronlarda, benzer manyetik sistemler kurulur, tek fark, parçacıkların enerjisi arttıkça hızlanan voltajın frekansının azalmasıdır; bu, daha ağır parçacıkların zaman içinde hızlanan boşluğu geçmesine izin verir. Frekanstaki böyle bir değişiklik, eşzamanlı bir siklotrondaki alandaki bir değişikliğe eşdeğerdir. Senkrosiklotronlarda üretilen parçacıkların enerji sınırı da 700-800 MeV'dir. Siklotron tipi mıknatıslar ayrıca, yüksek frekanslı bir elektrik alanında elektronların rezonans hızlanmasına hizmet eden mikrotronlara da kurulur. Mikrotron mıknatısları genellikle siklotronlardakinden yaklaşık 10 kat daha küçük bir manyetik alan kullanır.

Çeşitli fiziksel ve teknik nedenlerden dolayı (bazılarından daha önce bahsetmiştik), 25 MeV'nin üzerinde enerjiye sahip geleneksel siklotronlar ve 800 MeV'nin üzerinde enerjiye sahip izokron siklotronlar ve senkrosiklotronlar oluşturmak imkansızdır. Ancak, hala var

süper güçlü hızlandırıcıların yaratılmasını sınırlayan ekonomik faktörler. Örneğin, 10 bin MeV veya 10 GeV enerji için bir siklonik hızlandırıcının kütlesini hesaplayalım. Son yörüngedeki manyetik alan 1,45 T ise, yarıçapı yaklaşık 25 m'ye eşit olmalıdır.Bu değeri yukarıdaki mıknatısın kütlesi için G = 4.8 10 3 ־ g 2 > 5 yerine koyarsak, böyle bir mıknatısın kütlesinin 1,5 milyon ton olduğunu anlarız.Böyle bir  mıknatıs inşa etme sorusu anlamsız olacaktır .

Bu neden oluyor? Yüksek enerjili bir siklotron neden bu kadar büyük bir kütleye sahiptir? İlk neden, açıkça küçük bir manyetik alan seçmiş olmamızdır. Bu alanı birkaç kez artırmak mümkün olsaydı, yarıçapı aynı sayıda azaltmak ve mıknatısın kütlesini aynı miktarda iki buçuk kat azaltmak mümkün olurdu. Bununla birlikte, çelik yüksek oranda doymuş olacağından, siklotronlardaki manyetik alanı önemli ölçüde artırmak imkansızdır.

Mıknatısın bu kadar büyük bir kütlesine ihtiyaç duyulmasının bir başka nedeni, siklotronun çalışma prensibi ile açıklanmaktadır. Manyetik alanı zaman içinde sabit olduğundan, hızlanma aralığında enerjinin bir sonraki “kısmını” alan parçacık, daha büyük bir yarıçapa sahip bir yörünge boyunca hareket eder ve hareket yörüngesi bir spirali andırır. Siklotronda, sıfırdan son yörüngenin yarıçapına kadar çeşitli yarıçaplarda eksiksiz bir yörünge setine sahip olmayı gerekli kılan, yörüngenin bu sarmallığıdır.

Bununla birlikte, görünüşe göre, hızlandırıcıda çeşitli yarıçaplarda eksiksiz bir yörünge setine sahip olmak için kaçınılmaz bir ihtiyaç yoktur. Hızlandırıcıdaki manyetik alan artan parçacık enerjisiyle değişecek olsaydı, o zaman r = mv/H formülüne göre  yörüngenin yarıçapı her zaman sabit kalabilirdi. Bunu yapmak için, sadece mıknatısın manyetik alanının zaman içindeki değişim yasasını sağlamak, parçacık enerjisinin zaman içindeki değişim yasasına yaklaşmak gerekir. Bu durumda silindirik direkler yerine direğin kenarı boyunca dar bir halka bırakarak direğin çekirdeğini tamamen çıkarmak mümkün olacaktır. Bu tür hızlandırıcılar, nispeten düşük bir maliyetle (aynı enerji için varsayımsal bir siklotrona kıyasla), muazzam enerjilere sahip parçacık ışınları elde etmeyi mümkün kılar.

Halka hızlandırıcılar, Lawrence ve Wexler'den sonra hızlandırıcı teknolojisinin yaratıcılarının ana başarısıydı. Doğa, boru şeklindeki yapıların avantajlarını uzun zamandır takdir etmektedir. Kemiği gördüm - içi boş. İçi boş olmasaydı daha ağır olurdu ama daha güçlü olmazdı. Ve doğa, mühendislik açısından doğru ve dolayısıyla estetik açıdan kusursuz bir çözüm seçti.

Halka hızlandırıcı, mıknatıs kutbunun çekirdeğinin çıkarıldığı ve geriye yalnızca dar bir halkanın kaldığı Lawrence ve Wexler hızlandırıcısıdır. Bu durumda mıknatısın kütlesi yüzlerce kat azalır ve hızlandırıcı düzenli, neredeyse mimari biçimler kazanır. Bu çözümün güzelliği, en derin teknolojik uygunluğundadır.

Halka hızlandırıcılar, insanın emrinde olan şimdiye kadarki en büyük ve en pahalı fiziksel cihazlar olan senkrotronları ve senkrofazotronları içerir. Bu tür hızlandırıcıların halka mıknatıslarının çapı birkaç kilometreye eşittir; halka hızlandırıcıların manyetik sistemi genellikle planda bir halka oluşturan birkaç ayrı sektör mıknatısından oluşur. Bu sektör mıknatısları arasında hızlanan boşluklar vardır. Senkrotronlar ve senkrofazotronlar için mıknatısların maliyeti (bu iki tür hızlandırıcı arasında çok az fark vardır), tüm senkrotronun maliyetinin yaklaşık yarısı kadardır.

Sinkrotronlarda dikey odaklama nasıl yapılır? Prensip, siklotronlardaki ile aynıdır: mıknatıslar, dış yarıçaptaki manyetik alan içtekinden daha az olacak şekilde yapılır. Daha sonra orta düzlemi terk eden her parçacık, namlu şeklindeki alanın yanından gelen kuvvetleri deneyimleyerek onu geri dönmeye zorlar. Bu tür odaklanmaya yumuşak odaklama denir. Yumuşak odaklamalı senkrotronlarda yaklaşık 15 bin MeV'a kadar enerji elde etmek mümkündür. Görünüşe göre, Dubna senkrofazotron bu türden dünyanın en büyük tesisiydi ve öyle olmaya devam ediyor (parçacık enerjisi 10 bin MeV, mıknatıs kütlesi 36 bin ton).

Yumuşak odaklama kullanırken yüksek parçacık enerjilerine ulaşmak neden imkansız? Mesele şu ki, parçacıkların enerjisi arttıkça hızlandırıcının yarıçapı da doğal olarak artmalıdır. Yarıçaptaki bu artış , E =  300 N formülüne göre gerçekleşir ;  burada E  , enerjidir, eV; H manyetik alanın gücü, Oe. Ancak yarıçap ne kadar büyükse, parçacığın denge yörüngesi etrafındaki salınımlarının genliği de o kadar büyük olur. Bir vakum tüpündeki rastgele gaz molekülleri, hızlanan voltaj ve frekanstaki dalgalanmalar bir parçacığı yörüngeden çıkarabilir. Bu bağlamda, hızlandırıcıda yaklaşık 0,5 milyon km olan yolculuğu sırasında mıknatısın metalinde parçacığın kaybolmaması için çalışma alanının (ışın açıklığı) arttırılması gerekir. Bu çok maliyetli. Böylece yumuşak odaklamalı 30 bin MeV hızlandırıcının kütlesi 100 bin ton olacaktır. parçacıkların denge yörüngelerinden mümkün olduğu kadar az sapmalarını sağlayın.

Kimse nasıl yapılacağını bilmiyordu. Sorunun çözümü Brookhaven Laboratuvarında Courant, Livingston, Snyder'dan oluşan bir grup fizikçi tarafından ortaya atıldı. Livingston bir keresinde, birkaç mıknatıstan oluşan bir sistemde hızlanan bir parçacığın, sonraki her bir mıknatısta alanın azalma yönü değiştiğinde nasıl davranacağını hesaplamayı önerdi. Bir elektronik makine üzerindeki hesaplama, bu durumda parçacığın sabit bir yörünge boyunca hareket ettiğini ve ayrıca güçlü odaklama kuvvetlerine maruz kaldığını gösterdi. Kutupların içe eğik olduğu sektörde, güçlü dikey odaklama ve yatay odaksızlık meydana gelir; kutupların dışa doğru eğildiği bir sonraki sektörde odak tersine çevrilir. Bir bütün olarak etki, sektörlerin belirli bir düzenlemesinde ışının güçlü bir şekilde odaklanmasıdır, ve parçacıkların denge yörüngesinden sapması çok küçüktü. Mıknatısların hareketi bu anlamda içbükey ve dışbükey olmak üzere iki merceğin hareketine eşdeğerdir.

Birbiri ardına yerleştirilen Loy, ışınları toplamanın tüm etkisini verir. Bu fikrin çok verimli olduğu ortaya çıktı. En büyük hızlandırıcıların tümü temel alınarak inşa edilmiştir. 76 GeV'deki Serpukhov proton hızlandırıcısı da sıkı odaklama ilkesine göre çalışır.

1960'ların dünyanın en büyük hızlandırıcısı olan Serpukhov'un inşası, V. I. Veksler'in fikirlerine dayanıyordu. Bu devasa hızlandırıcıda hızlandırılan proton demeti 76 GeV (milyarlarca elektron volt!) enerjiye ulaştı. Bu muazzam enerji ve hızlandırıcının kendisiyle eşleşmek için.

Bu senkrotron, Yüksek Enerji Fiziği Enstitüsü (IHEP) olan Serpukhov'da bulunan bir fizik enstitüsünün üssü oldu. Burada en önemli bilimsel sonuçlar elde edildi: yüksek enerji fiziğinde yeni bir simetri türü, ölçek değişmezi keşfedildi; bu, artık kuarkların katılımıyla küçük mesafelerde güçlü etkileşimler teorisinin temelidir - sözde kuantum kromodinamiği. Serpukhov'da, çarpışan parçacıkların davranışını tanımlayan karmaşık nitelikte yeni bir fiziksel etki de keşfedildi, "Serpukhov etkisi".

ABD'li bilim adamları borç içinde kalmadılar ve kendi 60 daha güçlü hızlandırıcılarını inşa etmeye başladılar. Bunda, belki de Akademisyen L. A. Artsimovich'in esprili bir şekilde bahsettiği "teşvik edici etki" rolünü oynadı: "Büyük güç A'dan bilim adamlarından oluşan bir delegasyon, büyük güç B'ye yaptığı bir geziden dönüyor:

“Fikir zenginliği, bilimsel problemleri anlama derinliği ve bilimsel personelin nitelikleri açısından yabancı meslektaşlarımızdan sadece aşağı değil, hatta önlerindeyiz. Ancak, orada hiçbir masraftan kaçınılmadı ve harika bir yeni X enstalasyonu inşa etmeyi başardılar ve uzun süredir planladığımız Y  enstalasyonunun inşasına hemen başlamazsak ,  kendimizi neredeyse anında acınacak ve çaresiz bir durumda bulacağız.

Bunu takiben, B yetkisinin delegasyonu A  yetkisinden döner  ve şunları beyan eder:

“Elbette ideolojik olarak onlardan çok daha yukarıdayız ama bir saat daha bekleyemeyiz. Şimdiden Y tesisini inşa etmeye başladılar ve eğer kaçırırsak birkaç yıl içinde herhangi bir bilimsel konferansta görünmekten utanacağız. Bu nedenle, Y kurulumundan çok daha güçlü bir kurulumu hemen inşa etmeliyiz, çünkü ikincisi eski makinemiz X'i geride bırakıyor  . Vesaire ... "

dünyanın en güçlü hızlandırıcısı, yaklaşık 10 milyar dolarlık Avrupa Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, Mayıs 2008'de CERN tarafından fırlatıldı. Parçacıklarının çarpışma enerjisinin o kadar yüksek olması gerekiyordu ki, Dünya'nın bu deneylerden sonra hayatta kalıp kalmayacağına dair korkulara yol açtı - bir atom silahının ilk deneysel patlamasıyla ilgili korkuların tekrarı. Bu şaşırtıcı değil - Evreni doğuran "Büyük Patlama" dan sonra meydana gelenlere yakın koşulların yeniden üretileceği hızlandırıcıda, bilim adamları örneğin zaman yolculuğu olasılığıyla ilgili sorunları açıklığa kavuşturmayı umuyorlar (Carl Sagan'ın romanında ve "İletişim" filminde olduğu gibi), Bu deneylerden sonra Dünya'nın kendisinin hayatta kalıp kalmayacağı, bir atom silahının ilk deneysel patlamasıyla ilgili korkuların tekrarı. Bu şaşırtıcı değil - Evreni doğuran "Büyük Patlama" dan sonra meydana gelenlere yakın koşulların yeniden üretileceği hızlandırıcıda, bilim adamları örneğin zaman yolculuğu olasılığıyla ilgili sorunları açıklığa kavuşturmayı umuyorlar (Carl Sagan'ın romanında ve "İletişim" filminde olduğu gibi), Bu deneylerden sonra Dünya'nın kendisinin hayatta kalıp kalmayacağı, bir atom silahının ilk deneysel patlamasıyla ilgili korkuların tekrarı. Bu şaşırtıcı değil - Evreni doğuran "Büyük Patlama" dan sonra meydana gelenlere yakın koşulların yeniden üretileceği hızlandırıcıda, bilim adamları örneğin zaman yolculuğu olasılığıyla ilgili sorunları açıklığa kavuşturmayı umuyorlar (Carl Sagan'ın romanında ve "İletişim" filminde olduğu gibi),

Serpukhov ve benzeri hızlandırıcılarda sert odaklanma oluşturmak için, farklı alan bozulma yönlerine sahip mıknatıs bölümleri birbiri ardına yerleştirilir; ilk mıknatısta alan dış yarıçapa doğru azalırsa (dikey odaklama), sonraki mıknatısta merkeze doğru azalır ve yatay yönde ışın kesitini azaltır. Sonuç olarak, ışın kesiti ve sonuç olarak mıknatısın çalışma alanının boyutları küçülür, bu da mıknatısa önemli bir ağırlık vermeden parçacıkların enerjisini artırmayı mümkün kılar.

Sert odaklama ilkesi, yalnızca hızlandırıcılarda yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Örneğin, bu prensipte çalışan bükme mıknatısları ve dört kutuplu mercekler, ışını odaklamak ve onu deney masasına beslemek için yaygın olarak kullanılır.

Sert odaklamalı hızlandırıcıların oluşturulması, manyetik sistemin kütlesini azaltırken ortaya çıkan parçacıkların enerjisini artıracaktır. Ancak, bu durumda bile, bir senkrotronun inşası, yalnızca ekonomik olarak güçlü devletlerin gücü dahilinde olacaktır. Böyle bir makine inşa etme sorununun çözümü, örneğin yeni bir şehir inşa etme sorunu gibi, yalnızca ulusal ölçekte mümkündür. Şehirle karşılaştırma burada tesadüfi değil - hızlandırıcının yanında kaçınılmaz olarak bilim adamları, teknik personel vb.

Bu yeni şehirlerden biri ABD'de Chicago yakınlarındaki Batavia'da büyüdü. Orada, Fermi laboratuvarı olan Fermilab'da 500 GeV'lik bir proton senkrotronu inşa edildi.

Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, yeni bir hızlandırıcı fikri, ilk siklotronun yapıldığı Lawrence Radyasyon Laboratuvarı'nda doğdu. 200 GeV senkrotronun ön taslak tasarımı, Berkeley'deki fizikçiler tarafından 1960'larda, ABD'nin yüksek enerji fiziği alanındaki çalışmalarının bir sonraki aşamasının yönü belirlenirken geliştirildi. Hızlandırıcı teknolojisindeki ilerlemelere ve büyük hızlandırıcılarda yapılan deneylerin cesaret verici sonuçlarına rağmen, maddenin yapısına ilişkin bir dizi temel soru, bilim adamlarının tatmin olmayan hayal gücünü heyecanlandırmaya devam ediyor. "Güzel ama yine de gizemli bir dünya" ile ilgili tüm bu sorular, belki de Serpukhov'unki de dahil olmak üzere en güçlü senkrotronlarla elde edilenlerden daha enerjik parçacık çarpışmalarıyla yapılan deneyler sırasında çözülebilir. Ayrıca, bu tür egzotik enerjilerin dünyasına yapılacak bir yolculuk, çok beklenmedik keşiflere yol açabilir. Fizikçilerin ısrarı, ABD Kongresi'nin 1967'de yeni hızlandırıcının "küçük bir versiyonunun" inşası için 250 milyon dolarlık bir ödeneği onaylamasına yol açtı ("büyük versiyon" 350 milyon dolara mal olacaktı). Hızlandırıcının inşası için önerilen 125 alandan, Illinois, Batavia yakınlarındaki Coon Hollow'un 10 mil karelik düz alanı seçildi. Geleceğin hızlandırıcısının inşası ve işletilmesi için Üniversiteler Araştırma Derneği oluşturuldu. Böylece, Robert Wilson'ın müdür olarak atandığı Birleşik Devletler'in gelecekteki Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nın temeli ortaya çıktı. Daha sonra, benzersiz bir hızlandırıcı inşasının dramatik olaylarından bahseden oydu. ABD Kongresi'nin 1967'de yeni hızlandırıcının "küçük bir versiyonunun" inşası için 250 milyon dolarlık bir ödeneği onayladığını ("büyük versiyon" 350 milyon dolara mal olacaktı). Hızlandırıcının inşası için önerilen 125 alandan, Illinois, Batavia yakınlarındaki Coon Hollow'un 10 mil karelik düz alanı seçildi. Geleceğin hızlandırıcısının inşası ve işletilmesi için Üniversiteler Araştırma Derneği oluşturuldu. Böylece, Robert Wilson'ın müdür olarak atandığı Birleşik Devletler'in gelecekteki Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nın temeli ortaya çıktı. Daha sonra, benzersiz bir hızlandırıcı inşasının dramatik olaylarından bahseden oydu. ABD Kongresi'nin 1967'de yeni hızlandırıcının "küçük bir versiyonunun" inşası için 250 milyon dolarlık bir ödeneği onayladığını ("büyük versiyon" 350 milyon dolara mal olacaktı). Hızlandırıcının inşası için önerilen 125 alandan, Illinois, Batavia yakınlarındaki Coon Hollow'un 10 mil karelik düz alanı seçildi. Geleceğin hızlandırıcısının inşası ve işletilmesi için Üniversiteler Araştırma Derneği oluşturuldu. Böylece, Robert Wilson'ın müdür olarak atandığı Birleşik Devletler'in gelecekteki Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nın temeli ortaya çıktı. Daha sonra, benzersiz bir hızlandırıcı inşasının dramatik olaylarından bahseden oydu. Illinois, Batavia yakınlarındaki Coon Hollow'un 10 mil karelik düz alanı seçildi. Geleceğin hızlandırıcısının inşası ve işletilmesi için Üniversiteler Araştırma Derneği oluşturuldu. Böylece, Robert Wilson'ın müdür olarak atandığı Birleşik Devletler'in gelecekteki Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nın temeli ortaya çıktı. Daha sonra, benzersiz bir hızlandırıcı inşasının dramatik olaylarından bahseden oydu. Illinois, Batavia yakınlarındaki Coon Hollow'un 10 mil karelik düz alanı seçildi. Geleceğin hızlandırıcısının inşası ve işletilmesi için Üniversiteler Araştırma Derneği oluşturuldu. Böylece, Robert Wilson'ın müdür olarak atandığı Birleşik Devletler'in gelecekteki Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nın temeli ortaya çıktı. Daha sonra, benzersiz bir hızlandırıcı inşasının dramatik olaylarından bahseden oydu.

250 milyon $ alan Wilson ve yeni işbirlikçileri, planlandığı gibi 200 GeV için değil, bir kerede 500 GeV için bir hızlandırıcı yapmaya karar verdiler. 15 Haziran 1967'de geleceğin makinesinin inşa edildiği yerde yapılan toplantının cesur katılımcıları, sadece beş yıl içinde bir hızlandırıcı yapmaya karar verdiler (o gün, gelecekteki hızlandırıcının yaklaşık çapını bile bilmiyorlardı).

Genel olarak konuşursak, daha fazla enerji elde etmek için hızlandırıcının çapını mümkün olduğu kadar büyük yapmak uygundu ve bu nedenle verilen bölümün boyutu tarafından belirleniyor gibi görünüyordu. Bununla birlikte, hızlandırıcının maliyeti ne kadar büyükse, mıknatısların çapı o kadar büyük olur ve yukarıdan tahsis edilen miktarla sınırlıdır. İstenen parçacık enerjisi verildiğinde, çap sağlanabilecek maksimum manyetik alan ve dönen mıknatıslar arasındaki mesafeler tarafından belirlenecektir.

Tam olarak 2 km'lik bir çap seçildi. Çevrenin bir kısmı, yaklaşık dörtte biri, proton demetinin girişi ve çıkışı, hızlanma ve ölçüm cihazları için cihaz için serbest bırakılması gerekiyordu. Daha sonra 1.8 T manyetik alan ile 400 GeV enerjiye, 2.25 T manyetik alan ile 500 GeV enerjiye ulaşılabildi.

Prensipte böyle bir manyetik alan ve hatta çok daha büyük bir alan, süper iletken mıknatısların yardımıyla oldukça kolay bir şekilde elde edilebilir. Ancak tasarımcılar risk almamaya karar verdiler ve çelik çekirdekli, iyi ustalaşmış elektromıknatıslarda karar kıldılar.

Mıknatısların maliyetlerini belirleyen önemli bir parametresi, gördüğümüz gibi, mıknatısın kutupları arasındaki çalışma alanı olan açıklıktır. Açıklık ne kadar büyük olursa, karşılıklı elektrostatik itme ve yanlış "hedefleme" nedeniyle protonların oda duvarlarına saçılmasını önlemek o kadar kolay olur. Bununla birlikte, geniş bir açıklık, çekirdek ve sargı malzemeleri, toprak işleri (tünel genişler ve yükselir), radyasyondan korunma ve sargılarda harcanan elektrik maliyetinde ciddi bir artıştır. Açıklıktaki artış nedeniyle hızlandırıcının güvenilirliğindeki artışı doğru bir şekilde hesaplamak pek mümkün değil ve tasarımcılar deneyim ve sezgiyle önerilen bir değer üzerinde karar kıldılar. Uygulanan sert odaklama sistemi için mıknatısların bir tarafında kutuplar arası boşluk 5 cm ve kutupların genişliği 10 cm ve sırasıyla 3,8 ve 12, 5 cm - diğerinde. Bu rakamların bariz "hesaplanmamasına" (özellikle inç'e dönüştürülürlerse) ve çapın rastgele boyutuna (2 km) dikkat etmek ilginçtir.

Verilen verilere göre yapılan hesaplamalar sonucunda 660 adet dönen mıknatısın (her biri 11 kg ağırlığında) her birinin uzunluğu 6,5 m, yüksekliği - 30 cm ve genişliği - yaklaşık 80 cm, 180 odaklama mıknatısının uzunluğu 2,3 ​​m, her biri 5 ton, burada döndürme ve odaklama işlevleri, gördüğümüz gibi, ayrılmıştır.

Mıknatısın güç kaynağı sistemi son derece basitleştirildi. Doğru akım sağlayan güvenilir ancak pahalı bir motor jeneratörleri sistemi yerine, ağdan gelen normal üç fazlı akımı düzeltmek için buraya güçlü bir selenyum doğrultucu sistemi kuruldu. Temel de son derece basitleştirilmiştir - kayalık bir temel üzerine oturan somut desteklere sahip değildir. Bu durumda mıknatısların olası bozulmaları özel ayar cihazları ile giderilir. Tünelin kendisi, çok güçlü olmayan bir beton yekpare üzerine monte edilmiş standart beton bölümlerden oluşuyor.

Yine de tüm fikir, yazarlarının sözleriyle "bravado" idi. Belli bir miktar risk ve kibir sosyal olarak belirlendi - doğru insanları davaya çekmek gerekliydi. Bu fikrin nihayet hayata geçirilmesi ve dünyanın en büyük hızlandırıcısının çalışmaya başlaması, fizikçilerin ve mühendislerin sezgilerinin, temkinli cesaretlerinin ve azimlerinin, tesadüfi elverişli koşulların ve hızlandırıcının yaratıcıları için beklenmedik bir şekilde onlara büyük miktarda para salan ABD hükümetindeki son derece başarılı "olayların dönüşünün" bir sonucudur. Yerleşik hızlandırıcı başarıyla çalışıyor. Araştırmacılar, sıradan mıknatısları daha güçlü, süper iletken olanlarla değiştirerek onu daha da güçlü hale getirmeyi planlıyorlar.

Hızlandırıcılar pahalıdır. Örneğin, 1000 GeV'lik bir hızlandırıcı birkaç milyar dolara mal olacak ve kesitli halka mıknatısının çapı yaklaşık 7 km olacaktır. Böyle bir hızlandırıcının yapımında binlerce kişi ve yüzlerce kuruluş çalışacak. Doğru, böyle bir parçacık enerjisi için sert odaklamanın getirilmesiyle mıknatısın kütlesi çok orta düzeydedir - "yalnızca" 30 bin ton Radyasyona karşı korunmak için, hızlandırıcının etrafına 12 m kalınlığında beton duvarlar inşa edilmesi gerekecektir.

Enerjiyi bu kadar yüksek değerlere çıkarmak yeni odaklanma zorluklarına yol açar. Ne de olsa 1000 GeV hızlandırıcının çapı yaklaşık 7 km'dir ve parçacığın denge yörüngesinden sapmaması ve mıknatısın kutuplarında kaybolmaması için 0,01 mm'ye kadar hatası olan bir mıknatıs takılması gerekir. Bu dev hızlandırıcıların manyetik sistemleri sibernetik prensibe göre çalışmaktadır. Işının yönünü değiştirmedeki herhangi bir hata, aletler tarafından hemen düzeltilir ve bilgisayar merkezinden hızlanan sisteme, rahatsız edici ışını yörüngesine aktarması gereken parametrelerini değiştirmesi için bir komut gönderilir.

Ya da belki fizikçiler, nispeten düşük bir maliyetle yeni devasa enerjiler elde etmeyi mümkün kılacak daha zarif bir çözüm bulacaklar?

Nispeten yakın zamanda, süper güçlü hızlandırıcılar yaratmak için tamamen yeni fikirler önerildi. Bunlardan biri, çekirdek ve hedefin - parçacık ve hedefin - nispeten küçük hızlandırıcıların yardımıyla birbirlerine doğru "ateş etmesi" ve daha önce görülmemiş büyük bir kuvvetle çarpışmasıdır. Bu fikir Novosibirsk'ten fizikçiler G. I. Budker, A. A. Naumov, A. N. Skrinsky, V. A. Sidorov, V. S. Panasyuk tarafından önerildi. Elektron-pozitron ışınlarının çarpışması fikrini ilk uygulayanlar onlardı. Mıknatıslarının çapı sadece 3 m olan VEPP-2 kurulumunda Novosibirsk fizikçileri, 2 milyon MeV'ye eşit parçacıkların etkileşim enerjisini elde etmeyi başardılar! Aynı enerji için sıradan bir doğrusal hızlandırıcı hiçbir Avrupa devletine sığmaz.

Mıknatıssız bir hızlandırıcı fikri, tabii ki aklında mıknatıslar olmadan yapmak olan, ancak manyetik alan olmadan yapmak olan Enrico Fermi'ye aittir, aksi takdirde hızlandırıcı çok uzun olurdu. Mıknatıs alanı yerine Fermi, Dünya'nın manyetik alanını kullanmayı önerdi. Bir senkrotron tipi hızlandırıcı, manyetik ekvator boyunca dünyayı çevreleyen bir vakum tüpü olmalıdır. Böyle bir projenin uygulanması, son derece enerjik parçacıklardan oluşan ışınlar üretebilir, ancak görünüşe göre hızlandırıcının maliyeti çok büyük olacaktır - sonuçta, parçacık yörüngesi dairesel olmalıdır ve Dünya mükemmel bir küre olmaktan uzaktır. Mükemmel bir daire sağlamak için,

tüneller kazın, okyanusların üzerine viyadükler inşa edin, vb. Ve dünyayı çevreleyen bir cihazın sızdırmazlığını ve yüksek vakumunu sağlama sorunu!

Hızlandırıcılar yardımıyla hangi parçacık enerjisi elde edilebilir? Doğal olarak, gezegenimizdeki mümkün olan en büyük hızlandırıcı Dünya'nın ekvatoru boyunca yer almalıdır. Çeliğin doygunluğu ile belirlenen manyetik alan indüksiyonu, örneğin 2 T'dir. Bu koşullar altında, hızlandırılmış protonların maksimum enerjisi 1010 MeV olacaktır.

Uzay çağı ayrıca uzay projeleri ile karakterize edilir. Bu Lunatron projesi. Hızlandırıcı, Dünya'nın yörüngesinde dönen birkaç uyduya yerleştirilebilir. Uydulara odaklama mıknatısları, hızlandırıcı plakalar, enjektörler takabilirsiniz. Böyle bir sistem yardımıyla 108 MeV mertebesinde enerjilere ulaşmak mümkün olacaktır. Böyle bir sistemin büyük bir avantajı, çalışma alanını boşaltmaya gerek olmamasıdır, çünkü lunatron atmosferin dışında (yani, doğal yüksek vakum koşulları altında) yer alacaktır.

Bir hızlandırıcı için son derece ilginç bir fikir, Sovyet fizikçi Akademisyen G. I. Budker tarafından önerildi. Zayıf bir indükleyici alana sahip güçlü bir dairesel elektron demeti yaratmayı içerir. Bu demet, aslında içinden çok güçlü bir elektrik akımının aktığı esnek bir kordon olacaktır. Elektrik akımı her zaman iletkenin kesitini küçültme eğiliminde olan bir manyetik alan oluşturur (kıstırma etkisi). Bununla birlikte, kordonun çapı ne kadar küçük olursa, aynı akım için kordonun yüzeyinde oluşturulan manyetik alan o kadar büyük olur. G. I. Budker, bu çok güçlü manyetik alanı hızlandırıcının çalışma alanı olarak kullanmayı önerdi. 6 m çapındaki bir elektron demetinde, enerjileri 104 MeV'a kadar olan protonlar tutulabilir.

Fizikçiler ayrıca süperiletkenliğe büyük umutlar besliyorlar. Hızlandırıcıların manyetik alanının sınırlayıcısı, çeliğin doygunluk indüksiyonudur (yaklaşık 2 T). Ancak çelik hızlandırıcıdan çıkarılırsa başka birçok sorun ortaya çıkacaktır. Örneğin hızlandırıcının manyetik alanına karşı direnç hemen artacaktır. Akışı aynı tutmak için, çelik hızlandırıcıyla bile çok büyük olan sargılara giden güç kaynağını büyük ölçüde artırmak gerekir. Amerikan senkrofazotron "Bevatron" un güç kaynağı 100 bin kW idi. Böyle bir güç, 100.000 nüfuslu bir şehir tarafından tüketilmektedir.

Pasifik Kıyısı Gaz ve Elektrik Şirketi, hızlandırıcı projesini düşünürken özellikle şu soruyu ele aldı: Proton ışını hızlandırıcıda hızlandığında Berkeley ve Oakland şehirlerindeki tüm lambalar "sönmez" mi?

Ancak Bevatron nispeten küçük bir hızlandırıcıdır ve ayrıca çelik çekirdeklidir. Çeliksiz 300 bin - 1 milyon MeV hızlandırıcılarda elektrik tüketimi çok daha fazla olacaktır. Buna göre, hızlandırıcının kendisi daha pahalı ve hantal olacaktır. Ama bakarsanız, bu devasa enerji daha çok boşa gidecek. Manyetik alanı korumak için enerji gerekmez: kalıcı bir mıknatıs hiçbir yerden enerji almaz ve onunla bir şey çektiğinizde manyetik alanı tükenmez. Enerji sadece alanı oluşturmak için gereklidir: uzayın bu bölgesinde daha önce manyetik alan yoksa, ama şimdi var, bu bir miktar enerji harcandığı anlamına gelir. Elektriğin geri kalanı sargıları elektriksel dirençle ısıtmak için harcanır. Direnç olmasaydı, kayıplar ortadan kalkardı. eğer sayarsan

Bu durumla birlikte, hızlandırıcılardaki mıknatısların sargıları için malzeme olarak bir süper iletken kullanılması denenmektedir. Bir süper iletkenin omik direnci yoktur ve dolayısıyla enerji kaybı da yoktur. Süper iletken sargıların kullanılmasının bir başka olumlu yanı, manyetik alanda güçlü bir artış ve sonuç olarak hızlandırıcının yarıçapında bir azalma olasılığıdır. 10 T'lik bir manyetik alan elde etmek mümkün olursa, hızlandırıcıların boyutu beş kat azaltılacaktır.

Fermilab, her biri 7 m uzunluğunda, 4,5 T'lik bir alan veren süper iletken tüp tipi mıknatıslar üretti. Bu tür 774 mıknatıs, çevresi 6,2 km olan bir halkaya, yani Batavia'da zaten aşina olduğumuz hızlandırıcıya monte edilmiştir. Işını odaklamak için 240 mıknatıs daha kullanılır. Sıradan mıknatıslar alanında hızlandırılan parçacıklar, daha sonra parçacıkları 1000 MeV'ye kadar hızlandırabilen Tevatron adı verilen bir cihazda bir süper iletken mıknatıs halkasına enjekte edilir.

Yüksek enerjili parçacıkları daha ucuz ve daha verimli bir şekilde üretmenin yeni yollarını arayan FIAN bilim adamları, Protvino'da 3000 GeV hızlandırılmış proton enerjisiyle bir hızlandırıcı-depolama kompleksi (UNC) inşa etme fikrini ortaya attılar. Akademisyen A. A. Logunov, bu fikrin geliştirilmesine ve uygulanmasına büyük katkı yaptı. Halihazırda mevcut olan Serpukhov hızlandırıcısında hızlanan 70 GeV enerjili parçacıklar, daha fazla hızlanma için UNK'ya "enjekte edilecek". UNK, hızlandırıcının çevresini 60 km'den 20 km'ye düşürmeyi ve mıknatıslara güç sağlamak için enerji tüketimini büyük ölçüde azaltmayı mümkün kılacak güçlü süper iletken mıknatıslar kullanacak. Devasa mali harcamalara rağmen kompleksin inşasına karar verildi ve inşaat başladı. Bilim adamları, benzersiz bir fiziksel cihazın, maddenin yapısının en gizli sırlarını ortaya çıkarmaya yardımcı olacağını öne sürüyorlar. Yeni hızlandırıcı yaklaşık bir milyar rubleye mal olacak, kesitli halka mıknatısının çapı yaklaşık 7 km olacak ve inşaatına birkaç bin kişi ve yüzlerce kuruluş katılacak. On iki metre kalınlığındaki beton duvarların böyle bir hızlandırıcının radyasyonundan korunması gerekecektir.

Yeni süper güçlü hızlandırıcıların inşası, çok gelişmiş ülkelerde bile belli bir gerilime neden oluyor. Bu stres sadece maddi değil, aynı zamanda “zihinsel”dir. Bu nedenle, bu kadar yüksek enerjiler için hızlandırıcılar "tüm dünya tarafından" inşa edilmelidir - yani. kelimenin tam anlamıyla tüm ülkelerin güçleri tarafından.

1963'te, V. I. Veksler uluslararası Barış için Atomlar ödülünü aldığında, süper güçlü hızlandırıcıların yapımında bilim adamlarının uluslararası işbirliğine çağrıda bulundu: “Doğa birdir; Bilimin gelişiminin bu aşamasında bize sunduğu sorunların, elbette, ister Sovyetler Birliği'nde ister Amerika Birleşik Devletleri'nde yaşasın, bu çözümü bulmaya çalışan insanlar olsun, çoğu zaman tek bir çözümü vardır.

Bu sorunun nihayetinde nasıl çözüleceği bilinmiyor - bu tür hızlandırıcılar tek tek devletler veya devlet grupları tarafından mı inşa edilecek yoksa nihayet sorun BM tarafından çözülecek sorunlar sıralamasına mı girecek? Bu arada hızlandırıcıların enerjisi her altı yılda bir on kat artıyor. Ve mıknatıslar burada ana rollerden birini oynuyor.

Manyetik bir kılıf içinde plazma

20. yüzyılın sonları ve 21. yüzyılın başlarındaki teknolojik devrimler arasında en önemlilerinden biri, tüketicilerin hidrokarbon yakıtlardan diğer yakıt türlerine geçişidir. Petrol, gaz, kömür stokları sınırsız değildir. Akaryakıt her geçen gün daha pahalı hale geliyor ve bununla birlikte tüm dünya halklarının hayatı daha pahalı hale geliyor. Bir kez daha, manyetik alanlar odağa giriyor. Sadece onlar, radyoaktif uranyum ve toryum çekirdeklerinin "sıradan" nükleer fisyon reaksiyonlarının yerini alması gereken "barışçıl" bir termonükleer reaksiyonda asi plazmayı dizginleyebilecekler.

"Yakacak başka ne var?" - güç mühendislerine sonsuza dek eziyet eden bir soru, takıntılı bir nakarat gibi geliyor. Oldukça uzun bir süre yakacak odun bize yardım etti, ancak düşük enerji yoğunluğuna sahipler ve bu nedenle odun yakan uygarlık ilkel. Mevcut refahımız fosil yakıtların yakılmasına dayanıyor, ancak hazır petrol, kömür ve doğal gaz rezervleri yavaş ama emin adımlarla tükeniyor.

İster istemez, ülkelerin yakıt ve enerji dengesini başka bir şeye yönlendirmemiz gerekiyor. 21. yüzyılda, kimyanın hammadde ihtiyacı için fosil yakıtların kalıntılarının korunması gerekecektir. Ve görünüşe göre ana enerji kaynağı nükleer yakıt olacak.

Nükleer enerji, birim yakıt kütlesi başına yüksek konsantrasyon nedeniyle kimyasal enerjiden çok daha iyidir. En pahalı metallerden biri olan uranyum, ısı üretimi açısından 1 gramı 3 ton antrasite eşdeğer olduğu için en ucuz yakıt haline geldi. Zamanla kaçınılmaz olan, geliştirilmesi giderek daha zor olan yataklara geçiş bile, nükleer enerji endüstrisi acısız bir şekilde dayanabilmektedir. Uranyum daha pahalı hale gelecek olsa da, yakıt maliyeti nükleer santrallerde elektrik üretmek için gereken maliyetlerin yalnızca beşte birini etkileyecek.

Ancak en çekici beklentiler, nükleer fisyon ile değil, bunların sentezi ile bağlantılıdır. İki hafif çekirdek birleşirse, ağır bir çekirdeğin bölünmesinden çok daha fazla enerji açığa çıkacaktır. Çekirdeklerin füzyonu için enerji kaynaklarına çok daha erişilebilir: 1 litre suda bulunan döteryumdan 350 litre benzin kadar enerji elde edebilirsiniz, yani dünyanın dört okyanusu 1400 okyanus benzine eşdeğerdir! Tüketimde yüz kat artış olsa bile bu rezervler milyarlarca yıl dayanacak.

Nükleer füzyon teknolojisi basittir. Hidrojenin izotopları olan döteryum ve trityumun çekirdekleri, bir proton artı bir veya iki nötrondan oluşur. Bu çekirdekler birleşirse, yeni bir uçan helyum çekirdeği (füzyon enerjisinin beşte birini taşır) ve bir parça - serbest bir nötron (enerjinin beşte dördü) görünecektir. Reaksiyon enerjisi, suyu ısıtarak uzaklaştırılabilir.

Bu eylem dizisini uygulamak için önce basit bir sorunu çözmeniz gerekir: elektrik kuvvetleri tarafından birbirinden uzaklaştırıldıkları için çekirdekleri nasıl bir araya getirirsiniz? Çekirdekleri birbirine yaklaştırmanın üç yolu olduğu ortaya çıktı.

Örneğin atalet. Mermi çekirdeği güçlü bir şekilde hızlandırılırsa, yüksek hızda, nükleer çekimin elektriksel itmeden yüzlerce kat daha güçlü olduğu hedef çekirdeğin yakınındaki ölü bölgeye kayacaktır. Ve çekirdeği bir hızlandırıcı üzerinde (bu hala ekonomik olarak kârsızdır) veya gazı ısıtarak (bu nedenle füzyona termonükleer denir) dağıtabilirsiniz.

İkinci yaklaşım yolu, çekirdekleri elektronik "kabuktan" temizleyerek, gerekli atomların karışımını bazı dış kuvvetlerle sıkıştırmaktır. Bu yöntemin oldukça kabul edilebilir olduğu ortaya çıktı. Ve bir öneri daha: itmeyi özel bir nükleer müon "yapıştırıcısı" - temel parçacıklar ile söndürmek.

20. yüzyılın ortalarında bilim adamları, bilinmeyen bir şey kalmasına rağmen "termonükleer" sorunun çözümünü cesurca üstlendiler. Nükleer kuvvetlerin doğası nedir? Neden kimyasal olanlardan milyonlarca kat daha yoğunlar? Bu kuvvetler neden yalnızca çekirdeğin yakınında hareket eder, yönelimlerine ve hızlarına bağlıdır ve çekirdeğin dışında hızla kaybolur?

Geçtiğimiz yarım yüzyılda, geleceğin nükleer füzyon reaktörleri için üç sınıf varsayımsal tasarım ortaya çıktı (ancak şimdiye kadar yalnızca laboratuvar versiyonunda veya yalnızca hesaplamalar ve deneylerle zaten desteklenen düşüncelerde).

Lazer reaktörlerinin çok umut verici olduğu ortaya çıktı. Akademisyen N. G. Basov'un rehberliğinde, SSCB Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsünde muhteşem ahtapotlara benzeyen devasa modeller inşa edildi. Gazla dolu cam toplar, yüzlerce lazer flaşıyla vurularak aynı hedefe farklı yönlerden koordineli bir şekilde vurulur. Yanan hedefler genişleyen gaz tarafından sıkıştırılır, plazma dağılmaya başlar, ancak saniyenin milyarda biri içinde bazı çekirdekler birleşmeyi başarır. Şimdiye kadar, bu tür silahların performansı neredeyse rekor kırıyor: plazma sıcaklığı zaten gerekli 100 milyon dereceye ulaştı, ancak yoğunluğunun bir kez daha elli oranında artırılması gerekiyor.

I. V. Kurchatov Atom Enerjisi Enstitüsü'nde doğan en hak edilmiş ve görünüşe göre en umut verici gelişme alanı tokamaklardır. (Bu isim AKIM, KAMERA, Manyetik Bobinler kelimelerinden türetilmiştir. Başka bir kod çözme: EKSENEL manyetik alana sahip Toroidal KAMERA. Bazıları oldukça komik olan başka kod çözme işlemleri de vardır.) Toroidal bölmede gaz ısıtılır ve plazmanın duvarlarla teması büyük manyetik alanlarla engellenir. Tokamaklarda plazmayı 250 milyon dereceye kadar ısıtmak mümkündü, ancak yoğunluğunun veya hapsedilme süresinin on kat artırılması gerekiyordu.

Hangi gemi bu kadar yüksek bir sıcaklığa dayanabilir? Geminin duvarlarına dokunan plazma ya reaksiyonun imkansız hale geldiği bir sıcaklığa kadar soğuyacak ya da Bikini Atolü'ndeki bir termonükleer patlama sırasında çelik kuleyi ve kumu buharlaştırdığı için duvarı buharlaştıracaktır. Hiçbir malzeme bu kadar yüksek sıcaklıklara dayanamaz ve bu nedenle 1950'lerde sorulan soru şuydu: "Plazmayı ne içinde tutmalı?" dünyadaki bilim adamlarının ilgisini çekti.

O zamanlar aşılmaz bir gizlilik bariyeriyle ayrılmış "atomik üçlü" olan Sovyetler Birliği, ABD ve Büyük Britanya fizikçileri, aynı sıralarda bu sorun üzerinde çalışmaya başladılar. I. V. Kurchatov'un 1956'da Harwell'de yaptığı konuşmadan sonra, İngiliz ve Amerikalı fizikçiler için beklenmedik bir şekilde "kartları açıkladı" ve en "gizli" Sovyet termonükleer araştırması hakkında konuştu. Gizlilik bariyeri kaldırıldı ve üç farklı ülkeden fizikçilerin aynı sonuca vardığı ortaya çıktı: Plazmayı korumanın ve soğumasına izin vermemenin tek yolu manyetik alan kullanmaktır. Görünmez, dokunulmaz, plazmayı güçlü bir güç hatları ağıyla yakabileceği herhangi bir geminin duvarlarından uzak tutacaktır. Ayrıca SSCB, ABD ve İngiltere'deki fizikçilerin sadece aynı türde tesisler geliştirmedikleri, ancak üzerlerinde yaklaşık olarak aynı plazma parametrelerini de elde ettiler. Üstelik enstalasyonların argo isimleri de aynı çıktı!

Plazmanın manyetik ısı yalıtımı fikri, yörüngelerini bükmek ve bir alan çizgileri sarmalında hareket etmek için manyetik bir alanda hareket eden elektrik yüklü parçacıkların iyi bilinen özelliğine dayanmaktadır. Düzgün olmayan bir manyetik alanda yörüngenin bu eğriliği, parçacığın manyetik alanın daha zayıf olduğu bir bölgeye itilmesine neden olur. Görev, plazmayı her taraftan daha güçlü bir alanla çevrelemektir. Bu sorun dünyadaki birçok laboratuvarda çözülmektedir.

Plazmanın manyetik olarak hapsedilmesi, 1950'de plazmanın sözde manyetik tuzaklarda (veya genellikle manyetik şişelerde adlandırıldığı gibi) sınırlandırılmasını öneren Sovyet bilim adamları tarafından keşfedildi.

Bir plazmanın manyetik olarak hapsedilmesi için çok basit bir sistemin bir örneği, manyetik aynalar veya aynalar (ayna tüpü) içeren bir tuzaktır. Sistem, uzunlamasına bir manyetik alanın oluşturulduğu uzun bir borudur. Borunun uçlarında ortasından daha büyük sargılar sarılır. Bu da tüpün uçlarındaki manyetik alan çizgilerinin daha yoğun ve bu bölgelerdeki manyetik alanın daha kuvvetli olmasına yol açar. Bu nedenle, manyetik şişeye giren bir parçacık sistemi terk edemez, çünkü kuvvet çizgilerini geçmek zorunda kalacak ve Lorenium kuvveti nedeniyle bunların etrafına "sarılacaktır". Bu prensibe göre, 1958'de I.V. Kurchatov'un adını taşıyan Atom Enerjisi Enstitüsünde başlatılan Ogra-1 kurulumunun devasa bir manyetik tuzağı inşa edildi.

Ancak, ortaya çıktığı gibi, bu türdeki manyetik sistemin "saf" haliyle ciddi dezavantajları vardır. Bu sistemde en zayıf manyetik alan, duvarlara yakın kanalın ortasında elde edilir. Boşalma sırasında plazmanın hızla hareket ettiği yer burasıdır ve 0,001 s'den daha kısa bir süre içinde kendisini odanın duvarlarında bulur.

Geçen yüzyılın 60'larında I. V. Kurchatov Atom Enerjisi Enstitüsü'nde PR-5 kurulumu başlatıldığında "şişeleri" iyileştirmede yeni bir adım atıldı. Bu kurulum fikri, temiz ayna hücreleriyle arızaların nedenlerini araştıran B. B. Kadomtsev tarafından önerildi. Daha başarılı bir plazma hapsi için, manyetik alanın konfigürasyonunu karmaşıklaştırmanın gerekli olduğunu buldu ve aktif silindirin generatrisleri boyunca manyetik aynalar sistemine ek olarak, akımın bitişik iletkenlerden zıt yönlerde akacağı şekilde bir sarım daha yapmayı önerdi. Bu, silindirin duvarlarının yakınında, plazmanın duvarlara yaklaşmasını önleyecek ek bir manyetik alan yaratılmasına yol açmış olmalıydı.

Doğrusal iletkenlerin alanı "şişe alanı" üzerine bindirildiğinde çok karmaşık bir resim elde edilir.

Tesis, M. S. Ioffe başkanlığında çalışan I. V. Kurchatov'un adını taşıyan Atom Enerjisi Enstitüsü çalışanları tarafından inşa edildi. Fişlerin manyetik alanını oluşturan bobinlerin altına doğrusal iletkenler yerleştirildi. Odanın merkezindeki uzunlamasına manyetik alanın indüksiyonu 0,8 T, fişlerin olduğu bölgede 1,3 T, duvarların yakınındaki düz iletkenlerin manyetik alan indüksiyonu 0,8 T, çalışma hacminin uzunluğu 1,5 m ve çapı 40 cm idi.

İlk deneyler fizikçilere ilham verdi. Plazmanın stabilitesi, temiz ayna hücrelerinde meydana gelen stabiliteye kıyasla 35 kat arttı ve plazma saniyenin birkaç yüzde biri kadar yaşadı.

Manyetik alan konfigürasyonunun karmaşıklığı, uzun ömürlü plazmanın anahtarıdır. Karşı alanlı manyetik sistemler ("Somun" kurulumu), antikorktronlar ve diğer çok karmaşık kurulumlar yaratılmıştır.

Corktron tipi manyetik şişelerin "boyunları" yoluyla çalışma alanından parçacıkların "kaçması" başka bir ustaca yöntemle aşılabilir: çalışma alanını silindirik değil toroidal yapmak. Bu durumda mantar tronundan boyundan kaçan parçacık kendini tekrar çalışma bölgesinde bulur! Çok uygulanabilir olduğu ortaya çıkan bu fikir birçok modifikasyonda kullanıldı. Örneğin, toroidal bir odada uzunlamasına bir manyetik alan oluşturulursa ne olur? Odaya giren herhangi bir yüklü parçacık, yörüngesi manyetik kuvvet çizgileri üzerinde "yaralanacak" şekilde hareket etmelidir. Ancak yazarların kendileri sistemlerinde ciddi bir kusur buldular. Manyetik alan çizgilerinin kavisli olduğu toroidal bir bölmede, borunun iç duvarındaki manyetik alan endüksiyonunun (alan çizgilerinin yoğunluğunun) dış duvardan daha yüksek olduğu ortaya çıktı. Bu, kuvvet hatlarının esnekliğinden, mümkün olduğu kadar küçülme arzularından kaynaklanmaktadır. Sonuç olarak, yolun daha kısa olduğu iç duvarda, dış duvara göre daha fazla alan çizgisi birikir.

Manyetik alanın bu homojen olmaması, parçacık yörüngelerinin sarmallığını değiştirir. Kendi üzerine kapalı bir borunun iç yüzeyinin yakınında - alanın daha büyük olduğu bir torus - parçacıkların dış yüzeye yakın yarıçaptan daha küçük bir yörüngede hareket etmesi gerekir. Sonuç olarak, pozitif yüklü çekirdekler tüpün "tavanına" ve elektronlar "tabanına" çarparak, yüklü parçacıklar manyetik alan çizgileri boyunca "sürüklenir". Parçacıkların bu sürüklenmesi başlı başına oldukça tatsız bir şeydir, ancak sürüklenmenin dolaylı etkisi tek kelimeyle felakettir. Yüklerin işaretle ayrılması, odanın boşluğunda, parçacıkların yörüngelerini tamamen bozan ve onları odanın duvarlarına fırlatan öngörülemeyen bir elektrik alanının ortaya çıkmasına neden olur.

Manyetik alan homojensizliği nasıl önlenir? Toroidal bölmedeki alan çizgilerinin aynı uzunluğa sahip olması nasıl sağlanır?

Bu, odanın iç yüzeyi boyunca uzanan kuvvet çizgisi, dış yüzeye yakın olan kuvvet çizgisi ile bazı alanlarda yer değiştirmeye zorlanırsa başarılabilir. O zaman tüm kuvvet çizgilerinin uzunluğu aynı olur ve tüm kuvvet çizgileri eşit koşullarda olur: simidin yüzeyinde bir dönüş yapan her kuvvet çizgisi aynı noktaya düşmez, manyetik yüzey adı verilen bir yüzey oluşturur.

Böyle bir etki, kuvvet çizgilerini torus ekseni etrafında bükerek elde edilebilir. Bu durumda, kuvvet çizgileri, bükülmüş bir halatın tek tek şeritleriyle kabaca aynı şekle sahip olacaktır. Dönel olarak dönüştürülmüş bir manyetik alanda, parçacık kayması minimuma indirilecektir.

Kuvvet çizgileri boyunca hızla hareket eden ve dolayısıyla daima odanın ekseni etrafında bükülen parçacıklar, alt veya üst duvara düşemezler. Yukarı doğru sürüklenen bir parçacık eksenin altında olduğunda, doğal olarak ondan uzaklaşma eğilimi gösterir; parçacık alttayken, aynı yukarı doğru kayma önceki yer değiştirmeyi telafi ederek onu eksene doğru hareket ettirir. Sonuç olarak, parçacığın eksene olan ortalama mesafesi değişmeden kalır. ABD'de inşa edilen bir yıldızlaştırıcıda da benzer bir sistem kullanılıyor. Plandaki odası, stadyumun cüruf pistine benziyor. Odanın iç yarıçapı 20 cm, eksen boyunca uzunluğu 12 m ve manyetik alan indüksiyonu yaklaşık 5 T'dir. Güç kaynağı elektrik tesisatı - 15 bin kW.

Amerikalı fizikçi L. Spitzer ve Sovyet fizikçi Akademisyen L.A.

Olağan "bükülmemiş" uzunlamasına manyetik alanın bir homojenliğe sahip olmadığını, bu da negatif parçacıkların odanın "zemine" ve pozitif parçacıkların odanın "tavanına" çarpmasına neden olduğunu zaten söylemiştik. Peki ya simitin bir yarısını değiştirmeden diğer yarıda "zemin" ve "tavanı" karıştırırsanız veya kısaca halka torusu sekiz rakamına çevirirseniz? Daha sonra, eski torusun bir yarısında düşmeye başlayan parçacık, diğer yarısında “yukarı doğru düşmek” zorunda kalacak ve böylece kamera ekseninden ortalama olarak aynı uzaklıkta kalacaktır.

Sekiz şekline dönüştürülen sarmal sargılı yıldızlaştırıcı tipi toroidal odaları değerlendirirsek, yıldızlayıcıların plazmayı sınırlamak için çok gelişmiş manyetik sistemler olduğu sonucuna varabiliriz. Dezavantajları, üretim zorluğu ve yüksek maliyettir.

Plazmayı manyetik bir alanda tutmak için plazmanın manyetik alanını kullanmak mümkün müdür? Bir plazmada yüklü parçacıkların bir yönde düzenli bir hareketi varsa, bu, plazmanın elektrik akımı olan esnek bir kordon olduğu anlamına gelir, çünkü tanımı gereği elektrik akımı, yüklü parçacıkların düzenli bir hareketidir.

Akım kendi çevresinde, kuvvet çizgileri bu akımın geçtiği teli çevreleyen bir manyetik alan oluşturur. Alan çizgilerinin önemli özelliklerinden biri, en kısa yolu takip etme istekleri, esneklikleri, Maxwell gerilimidir, bu da kuvvet çizgilerinin çevrelerindeki akım taşıyan iletkeni sıkıştırma eğiliminde olmasına yol açar. Sıradan bakır teller söz konusu olduğunda, alan çizgilerinin esnekliği, katıların kristal kafesini deforme etmek oldukça zor olduğundan, tellerin çapında bir azalmaya yol açamaz. Akım plazma filamentinden geçerse, bu filamenti saran alan çizgilerinin esnekliği, filamentin kesitinin azalmasına ve hazne duvarlarından uzaklaşmasına neden olur. Kıstırma etkisi olarak bilinen bu fenomen, plazma manyetik ısı yalıtımı sorununu tamamen çözüyor gibi görünüyor: plazmadaki bir akımı "organize etmek" yeterlidir,

Bununla birlikte, burada, yüklü parçacıkların (ve dolayısıyla bir bütün olarak plazmanın) özelliği, çok yoğun bir şekilde yerleştirilmedikleri daha az kuvvet çizgisinin olduğu, daha zayıf bir alana sahip bir bölgeye itilme özelliği devreye girer. Bu özellik, plazma filamentinin en ufak bir bükülmesinin veya lokal daralmasının sonunda acil bir sürece yol açmasına yol açar. Örneğin, bazı rastgele koşullar nedeniyle kordonda küçük bir bükülme oluşmasına izin verin. Daha sonra kıvrık kordonun dışbükey kısmında manyetik alan çizgileri seyrekleşir ve içbükey kısımda yoğunlaşır. Plazma kordonu, alan çizgilerinin daha yoğun olduğu bölgeden dışarıya, damar duvarlarına doğru itilmeye başlar, plazma kordonunun bükülmesi artar ve plazma sonunda odacık duvarlarına çarpar. Bu, iyi bilindiği gibi, sıkıştırılmış uzun bir yayda olduğu gibi gerçekleşir. enine deformasyonlara kararsız. Tam olarak aynı şekilde, plazma filamanının lokal olarak daralması, onun daha da fazla daralmasına ve ardından kopmasına yol açar.

Manyetik alan yardımıyla bu fenomenlerle savaşabilirsiniz. Plazma filamanı boyunca, bazı dış kaynaklar tarafından oluşturulan bir manyetik alanın kuvvet çizgileri varsa, bu çizgilerin esnekliği, filamanda kazara meydana gelen herhangi bir bükülmenin, filamanın kazara daralmasıyla aynı şekilde ortadan kaldırılmasına yol açacaktır. Gerilmiş elastik demetler sıkıştırılmış yayın içinden geçirilirse yaklaşık olarak aynı şey olur.

Plazmanın daha etkin bir şekilde kararlı duruma dönebilmesi için içinde çok güçlü bir uzunlamasına manyetik alan oluşturmak gerekir.

Plazma filamanının kıvrımlarının, özellikle de büyük yarıçaplı kıvrımların üstesinden gelmenin bir başka etkili yolu, içinde plazmanın bulunduğu bir kap olan az çok masif bir metal mahfazanın kullanılması olabilir. Muhafaza ile plazma sütunu arasında bir tür manyetik akı geçer; koşullu kuvvet çizgileriyle bir manyetik alan vardır. Plazma sütunu önceki konumundan kaydırılırsa, bununla kasa arasındaki manyetik alan bozulacak ve deforme olacaktır. Kuvvet çizgileri bir yerde sıkıştırılacak, başka bir yerde gerilecek. Manyetik alan çizgilerinin doğasında bulunan esneklik özelliğini tekrar hesaba katarsak, plazma sütununu oda ekseni boyunca önceki konumuna döndürmeye çalışacakları anlaşılır.

Boylamsal bir alanla plazma stabilizasyonu, boylamsal alanın sadece plazma içinde ve dışında var olması mümkün olduğunda özellikle etkili olur, örn. bölme duvarları ile kordon arasındaki boşlukta yoktu. Bu, güçlü bir akımın geçişiyle sıkıştırılan plazma filamanının, haznenin tüm hacminde oluşturulan uzunlamasına alanın tüm kuvvet hatlarını beraberinde taşıması durumunda yapılabilir. Odanın duvarlarından kopan plazma kolonu, daha önce odada var olan tüm manyetik kuvvet hatlarını beraberinde taşır ve odanın duvarları ile kolon arasında uzunlamasına alana göre manyetik bir vakum oluşturur.

Tüm bu fikirler, 1950'lerde pratik olarak somutlaşmaya başladı. İlk kurulumlar cam, porselen veya kuvars toroidal odalardı (daha sonra odalar çoğunlukla ince paslanmaz manyetik olmayan çelikten yapılmıştır), içlerine bazen astar olarak adlandırılan kalın bakır duvarlı çalışma odalarının yerleştirildiği. Haznenin etrafına, 0,05 T'ye kadar uzunlamasına stabilize edici bir manyetik alan oluşturan bir sargı sarılmıştır. İç toroidal hazne gazla doldurulmuştur. Bu halka şeklindeki gaz bobini, transformatörün ikincil sargısı olarak görev yaptı. Güçlü bir kapasitör bankası tarafından çalıştırılan birincil sargının rolü, odanın dış metal kasası tarafından gerçekleştirildi. Manyetik direnci azaltmak için bir demir çekirdek kullanıldı. Bazen birincil sargı olarak sıradan bakır kullanılmıştır.

İlk kurulumlardan birinde, transformatör, boşaltma odasını yerleştirmek için yuvarlak iç delikleri olan iki ayrı çekirdekten oluşuyordu. 1,5 m iç çapı ve 3 m dış çapı olan çekirdekler şerit trafo çeliği ile sarılmıştır.

Böyle bir transformatörün birincil sargısına bir kapasitör bankasından güçlü bir akım darbesi verilirse, ikincil gaz bobininde de bir elektrik akımı görünecektir. Bu akım gazdan geçer, onu yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtır ve onu bir plazmaya dönüştürür. Akımın etkisi altındaki plazma kordonu sıkıştırılır ve duvarlardan ayrılır.

Diğer erken Amerikan deneysel kurulumları benzer tasarımlara sahipti: Spektr, Alfa ve Pikhepstron. Onlar üzerinde çok sayıda deney yapıldı, ancak bunların sonuçları umutları haklı çıkarmadı. Stabilize edici boylamsal alanın, ilk tahminlerin aksine, plazma kolonunu çeşitli türlerdeki rasgele pertürbasyonlara dirençli kılmak için yeterli olmadığı ortaya çıktı. Plazmanın kendi alanına göre uzunlamasına manyetik alan çok küçüktü. Yayın içindeki elastik kayışlar, onu acil virajlardan korumak için zayıftı.

Bu zorluğun üstesinden gelmek için, uzunlamasına alanı keskin bir şekilde artırmak ve filamanın içsel alanını zayıflatmak gerekliydi. Bu sorun, Sovyet bilim adamları tarafından tokamak tipi kurulumlar kullanılarak çözüldü. Güçlü bir uzunlamasına alan oluşturmak için, sistemde genellikle senkrotronları uyarmak için kullanılan güçlü puls üreteçlerinden beslenmesi gereken güçlü solenoidler kullanıldı. Bu tür sistemlerin oluşturduğu manyetik alan darbeli olmasına rağmen (darbe süresi yaklaşık 0,2 s'dir), deşarj süresinden yüzlerce kat daha uzundur ve pratik olarak sabittir. Tokamak tipi kurulumların manyetik alanı 3,5–5 T'ye ulaşır; "Alfa" tipi kurulum alanından yüzlerce kat daha büyük.

Ve linç etkisi sırasında filamanın yarıçapında bir azalma nasıl önlenir? Nitekim yarıçapın azalmasıyla kordonun kendi alanı artar ve güçlü bir uzunlamasına alan kullanılarak elde edilen avantajlar sıfıra indirilir. Ancak kordonun alanı küçükse kordon çok geniş kalacaktır. Odanın duvarlarına değecek ve soğuyacak. Bu fenomenin üstesinden gelmek için tokamak tipi kurulum tasarımcıları, toroidal odadaki oda çapına kıyasla küçük deliklere sahip diyaframlar kullanmaya karar verdiler. Deneyler, bu tasarımın, diyafram açıklıklarının boyutuyla sınırlı bir enine kesite sahip bir kordon oluşumunu sağladığını göstermiştir. 1962 yılında I. V. Kurchatov Atom Enerjisi Enstitüsü'nde başlatılan Tokamak-3 kurulumunda, diyaframın açıklığının çapı 20 cm, torusun enine kesitinin çapı 40 cm, dış kasanın çapı 50 cm, torusun çapı 2 m'dir Dış çapı yaklaşık 1 m olan sekiz bobin tarafından 4 T'ye kadar uzunlamasına bir manyetik alan oluşturulmuştur Her bobin, epoksi reçinede pişirilmiş 352 bakır bobinden oluşan bir monolittir. Bobinler tarafından güçlendirildi

şok, yani yaklaşık 75 bin kW kapasiteli kısa süreli bir jeneratör. 1964 yılında, oda içindeki plazma sütununun konumunun otomatik olarak kontrol edildiği geliştirilmiş bir "Tokamak-5" kurulumu devreye alındı.

1975 yılında rekor kıran, son derece cesaret verici özelliklere sahip Tokamak-10 tesisi devreye alındı. Daha fazla gelişme, Lawson kriterini karşılayan parametrelerle tokamakların geliştirilmesine yol açtı. Prensip olarak, akademisyen L. A. Artsimovich'in sözleriyle bu tokamaklarda "termonükleer Eldorado" ya gireceğiz. Yine de L. A. Artsimovich'in ne hakkında konuştuğunu unutmamalıyız. 1958'de II. Enternasyonal'de bunu sık sık vurguladı.

bisiklet; o zaman - bisiklete binmek ne, ama ip üzerinde; sonra bisikletin tek tekerlekli bisiklet olduğu ortaya çıktı; o zaman - gözleriniz bağlı gitmeniz gerektiğini; ve son olarak, geriye gitmenin gerekli olduğu.

Tokamak tipi tesislerde yapılan deneylerin sonuçları son derece ümit vericidir. Bu tür sistemlerin daha sonraki araştırmalarda yaygın olarak kullanılması muhtemeldir.

Termonükleer jeneratör ne olacak? Görünüşe göre manyetik tuzak oldukça büyük olacak. Ancak o zaman tükettiği güç, jeneratörün gücüne kıyasla küçük olacaktır. Bunun nedeni, jeneratörün gücünün sistemin doğrusal boyutunun kübik bir fonksiyonu olması ve sargılar tarafından tüketilen gücün doğrusal boyutla orantılı olmasıdır.

Manyetik tuzağın tükettiği güçle ilgili değerlendirmelere dayanarak, termonükleer jeneratörün çapının birkaç metreden az olmaması gerektiğini varsayabiliriz. Ancak bu durumda jeneratörün faydalı gücü, manyetik sistemin tükettiği güçten daha fazla olacaktır.

Bununla birlikte, çok gerçek olan devasa süper iletken sargılar oluşturmak mümkün olursa, jeneratörlerin verimliliği önemli ölçüde artacaktır.

Termonükleer enerji santrallerinden elde edilen elektriğin maliyeti, hammaddenin (su) ucuz olması nedeniyle çok düşük olacaktır. Enerji santrallerinin tam anlamıyla elektrik okyanusları üreteceği zaman gelecek. Bu elektriğin yardımıyla, belki de sadece Dünya'daki yaşam koşullarını kökten değiştirmek - nehirleri geri döndürmek, bataklıkları kurutmak, çölleri sulamak - aynı zamanda çevredeki dış uzayın görünümünü değiştirmek - Ay'ı doldurmak ve "canlandırmak", Mars'ı bir atmosferle çevrelemek mümkün olacaktır.

L. A. Artsimovich şöyle yazdı: “Sonunda kontrollü sentez sorununun çözüleceğine dair neredeyse hiç şüphe yok. Doğa, bu sorunu çözme yoluna yalnızca sınırlı sayıda zorluk koyabilir ve insan, yaratıcı etkinliğin sürekli tezahürü sayesinde bunların üstesinden gelmeyi başardıktan sonra, artık yenilerini icat edemeyecek. Bu sürecin ne kadar süreceği bilinmiyor...”

Bu yoldaki ana zorluklardan biri, belirli bir geometri ve büyüklükte bir manyetik alanın yaratılmasıdır. Modern termonükleer tuzaklardaki manyetik alanlar nispeten küçüktür. Bununla birlikte, odaların muazzam hacimlerini, ferromanyetik bir çekirdeğin yokluğunu ve ayrıca manyetik alanın şekli için bu tür sistemlerin oluşturulmasını zorlaştıran özel gereklilikleri hesaba katarsak, o zaman mevcut tuzakların büyük bir teknik başarı olduğu kabul edilmelidir.

Son yıllar, tokamakların kullanıldığı araştırmaların daha da geliştirilmesi için bir zaman haline geldi. Rusya, ABD, Avrupa ve Japonya'da, plazma parametrelerini termonükleer reaksiyona karşılık gelen değerlere çıkarmak için yeni tasarımlar oluşturulmaktadır.

T-15 tokamak, umut verici bir teknik çözüm olan süper iletken toroidal sargısı ile ilgi çekicidir. JET, TFTR, JT-60 tokamakları da ilk termonükleer nötronları üretmek için tasarlandı. Tüm bu yapılar büyük boyutlarla karakterize edilir: odanın yarıçapı 2,6–3 m, odanın enine kesitinin yarıçapı 0,85–1,25 m'dir Bakır toroidal sargılar, 3,5–5 T'lik dairesel bir manyetik alan oluşturur. Birkaç saniye süren bir çalışma modunda bu sargıları besleyen jeneratörlerin gücü birkaç yüz bin kilovattır.

Rusya, ABD, Japonya ve Avrupa ülkelerinden uzmanlar, uluslararası tokamak reaktörü INTOR'un tasarım çalışmasını gerçekleştirdi. Projeye göre, deneysel reaktör, yarıçapı 5,2 ve 1,4 m olan toroidal bir hazne içermektedir 320 m3 hacimli bu "çörek"te, yoğunluğu 1,4 · IO 14 kısım / cm3 olan plazma, 100 milyon derecelik bir sıcaklıkta yanar, odanın merkezinde bulunan bir indüktörden indüklenen 6,4 milyon A'lık bir  akımla "  ateşlenir "  .

Paslanmaz çelik duvar su ile soğutulur, duvarın arkasında yılda 7 kg trityum üretilen yarım metre kalınlığında bir "battaniye" vardır. Odayı bir kapakla kaplayan manyetik sistem, kalaylı niyobyum ve titanyumlu niyobyumdan oluşan bakır kaplı süper iletken bantlardan yapılmıştır. 11.6 ve 8 T sargılarında ve çalışma odasının merkezinde 5.5 T bir alan oluşturur. Manyetik alanda depolanan enerji 10.000 kWh'dir.

Proje, 200 saniye boyunca 620 bin kW termonükleer enerjinin serbest bırakılmasını sağlıyor, ekipmanın darbe yükleri elektrik şebekesinden ve 1 milyon kW kapasiteli bir jeneratörden karşılanacak. INTOR tipi bir tokamak henüz dinamik olarak avantajlı bir enerji kaynağı olamaz  , gelecekteki bir termonükleer enerji santrali reaktörünün prototipi haline gelecektir.

Tokamak programı artık ana bahis, ancak termonükleer reaktörler için diğer seçenekler üzerinde araştırmaların sürdüğünü unutmamalıyız. Tokamakların yavru dalı olan açık manyetik tuzaklar çok ümit vericidir. Burada sonuçlar o kadar yüksek değil, ancak tüm rezervler tükenmedi.

Hiç şüphe yok ki, nükleer füzyon reaktörlerinin enerji egemenliğinin arifesinde yaşıyoruz. Birçok alternatif tasarım arasından kesinlikle uygun olanı seçebileceksiniz. Tabii ki, hidrojenden elektrik üreten "temiz" reaktör-sentezleyiciler hemen ortaya çıkmayacak. İlk başta, termonükleer reaktörler görünüşe göre mevcut nükleer santrallerde uranyum zenginleştirmeye yardımcı olacak. Zamanla, füzyon nötronlarının enerjisi kısmen elektrik üretim döngüsünün uygulanmasına gidecektir. Ve ancak o zaman uranyum kazanlarının kademeli olarak sökülmesine başlanabilir.

 21. yüzyılın enerjisi

Süper iletkenler genellikle geleceğin elektrik ve enerji mühendisliğinin anahtarı olarak gösteriliyor. Bunun nedeni, kendilerini mutlak sıfıra yakın ultra düşük sıcaklıklarda - eksi 273 santigrat derece - gösteren gerçekten şaşırtıcı özelliklerinden kaynaklanmaktadır.

Elbette bu kadar düşük sıcaklıklara ulaşmak ucuz değil. Bununla birlikte, buzdolaplarının maliyetinin ve soğuk alanların termal korumasının bazen elde edilen muazzam faydalarla kıyaslanamaz olduğu ortaya çıktı. Büyük akımlar (geleneksel iletkenlerden birkaç bin kat daha fazla) ve akım taşıyan lastiklerin mütevazı bölümleriyle büyük manyetik alanlar elde etmek aşırı maliyetler olmadan mümkün hale gelir ve bu, güçlü elektrik gücü cihazları oluştururken son derece önemli olan şeydir. "Sıradan" sıcaklıklarda özelliklerini kaybetmeyen yeni süper iletkenler ortaya çıktı ve kullanılmaya başlandı!

Kesin olarak büyük cihazların ve makinelerin yaratılmasının faydası açıktır: 300 MW'lık bir elektrik jeneratörünün gücüyle, 1 kW başına 1 kg metal gerekir ve 800 MW'lık bir makine için sadece 0,58 kg / kW! Bu yüzden jeneratörler büyüyor.

Diyelim ki 2400 MW kapasiteli bir elektrik santrali yapılması gerekiyor. Tipik olarak, her biri 300 MW'lık sekiz blok bu tür bir güç sağlar. Ve daha güçlü makineler alırsanız? Eyalet bölgesi elektrik santralindeki toplam kapasitesi 2400 MW olan güç ünitelerinin kapasitesinin 300 MW'tan 800 MW'a çıkarılması, özel sermaye yatırımlarını %10,6 oranında azaltır, işçilik maliyetlerini %30 azaltır, operasyonda işgücü verimliliğini %42 artırır ve referans yakıt tüketimini %4 azaltır.

Bu, temel olarak, turbojeneratörlerin kapasitesindeki her 20 yılda bir 2 kat daha önce görülmemiş bir büyümeyi açıklıyor. Güç, belki roket ve uçak motorları dışında çok hızlı büyüyor. "Gigantomania" sağlam bir ekonomik temele sahip gibi görünüyor.

Turbojeneratörlerin birim gücünün büyümesi, rotor malzemelerinin ve tutma halkalarının gücü ile önemli ölçüde sınırlıdır. 3000 rpm hızında, muazzam merkezkaç kuvvetlerine maruz kalırlar, rotorun çapı ne kadar büyük olursa, o kadar büyük olur. Yani, 3000 rpm dönme frekansına sahip 100 MW'lık bir turbojeneratörde, rotor çapı 1000 mm'dir ve gücü olan bir jeneratörde

1200 MW - "yalnızca" 1250 mm. Gücün 12 kat artmasıyla rotorun çapı sadece 1,25 kat değişecek. Rotor çapının daha da artmasıyla merkezkaç kuvvetleri rotoru kırabilir.

Şu anda, büyük bir yerli iki kutuplu turbojeneratör TVV-1200-2, Kostromskaya GRES'te başarıyla çalışıyor. Rotoru, yüksek kaliteli alaşımlı çelikten tek parça dövmedir. Rotor sargıları hidrojenle soğutulur ve stator sargıları su ile soğutulur. Bu makinenin yapımı dünya teknolojisi için çok önemli bir olaydı. Makine üreticilerinin üstesinden gelmek zorunda kaldıkları birçok teknik zorluktan yalnızca birini adlandıracağız - önemli boyutlarda bir rotorun entegre bir dövmesinin oluşturulması. Izhora fabrikasının mühendisleri ve işçileri bu zorluktan onurla kurtuldular: 230 ton ağırlığındaki bir kütük için metal aynı anda bir açık ocakta ve iki elektrikli fırında pişirildi; çelik üreticisi ısıtmaların senkronizasyonunu sağlamayı başardı. Böylece yerli metalurji tarihindeki en büyük külçe yaratıldı.

Yerli turbojeneratörlerin teknik verileri bugün en iyi yabancı makinelerin özellikleri düzeyinde ve hatta çoğu zaman onları aşıyor. En önemli yabancı başarılardan biri, Alman Brown-Boveri firması tarafından Biblis NGS için inşa edilen 1.300 MW'lık bir türbin jeneratörüdür. Çoğu yerli turbojeneratörün aksine, rotorun çapını önemli ölçüde artırmanıza (merkezkaç kuvvetleri azaldı!), kompozit hale getirmenize ve makinenin hacmini artırmanıza izin veren düşük bir dönme hızına (1500 rpm) sahiptir. İşte dünyanın en büyük turbojeneratörlerinden birinin bazı verileri: güç - 1300 MW, verimlilik = %98,65, stator ve rotor su ile soğutulur, rotor ağırlığı - 204 ton, stator - 371 ton, rotor çapı - 1,8 m, uzunluk - 7,5 m.

Turbojeneratörlerin gücünün arttırılması ciddi zorluklarla karşılaşmaktadır. Bunlardan biri, çapı 1350 mm'yi geçmeyen rotorların tasarlanması ihtiyacıdır. Bu gereklilik, öncelikle metalurji endüstrisinin yeteneklerinden kaynaklanmaktadır; ikinci olarak, ulaşılan mekanik dayanım sınırı (3000 rpm'lik bir dönüş hızında). Ek olarak, kabul edilemez şaft sapması ve rezonans olaylarının meydana gelmesi nedeniyle rotorun uzunluğunu belirli bir çapla artırmak da imkansızdır.

Manyetik olmayan malzemelerden yapılmış büyük çaplı rotor sargısının (kappa) ön kısımlarının katı dövme bandajları daha az sorun değildir (kompozit rotorlar ve 3000 rpm hızında bandajlar, düşük çalışma güvenilirliği nedeniyle kullanılmaz).

Güç artışı ve soğutmanın yoğunlaşması ile turbojeneratörlerin performansı da değişir. Mevcut yük, nispeten küçük bir değişen manyetik indüksiyonla artar (ikincisi, malzemelerin manyetik özellikleri ile sınırlıdır ve önemli ölçüde artırılamaz). Spesifik malzeme tüketimi keskin bir şekilde azalır, verimlilik biraz artar.

Önümüzdeki yıllarda hayata geçirileceği anlaşılan geleneksel iki kutuplu jeneratörlerin maksimum kapasitesi 2000-2500 MW, dört kutuplu jeneratörlerin maksimum kapasitesi ise 4000-5000 MW olacaktır.

Daha güçlü jeneratörler yaratmak için yeni tasarım çözümlerine ve malzemelerine ihtiyaç duyulacağı açıktır. Bu bağlamda, bilim adamları ve mühendisler süperiletkenliğe özel umutlar bağlamaktadır. Teknik bilimlerin gelişimindeki ana yönlerden birinin süper iletken malzemeler alanında teorik ve deneysel araştırma olarak kabul edilmesi ve teknolojinin geliştirilmesindeki ana yönlerden birinin süper iletken elektrikli ekipmanların geliştirilmesi olması boşuna değildir. Süper iletken elektrikli ekipman, cihazların elemanlarındaki elektrik ve manyetik yükleri keskin bir şekilde artırmayı ve bu nedenle boyutlarını büyük ölçüde azaltmayı mümkün kılacaktır. Süper iletken bir telde, geleneksel elektrikli ekipmandaki akım yoğunluğunun 10-50 katı akım yoğunluğuna izin verilir. Manyetik alanlar, geleneksel makinelerde 0,8-1 T'ye kıyasla 10 T mertebesindeki değerlere getirilebilir. Düşünürseniz,

Süper iletkenlere sahip ilk elektrikli makine - geleceğin süper iletken jeneratörlerinin bir prototipi - yazar tarafından tasarlandı ve inşa edildi, ardından geçen yüzyılın 60'larında Moskova'daki Fiziksel Sorunlar Enstitüsü'nde Leningrad'daki Elektromekanik Enstitüsü'nde yüksek lisans öğrencisi. Geleneksel ("sıcak") armatür ve süper iletken bir uyarma sargısına sahip bir doğru akım makinesiydi. Gücü sadece birkaç watttı.

Akademisyen I.A. Glebov, Teknik Bilimler Doktorları V.G. Novitsky ve V.N. sıcaklıklarının rehberliğinde geliştirilen ΚΊΤ-1000 serisinin yeni bir süper iletken turbo jeneratörünün pilot örneği. Test sonuçları, çok daha yüksek güce sahip bir süper iletken birim tasarlamaya başlamayı mümkün kıldı.

1300 MW kapasiteli bir makine yaklaşık 10 m uzunluğa ve 280 ton kütleye sahipken, benzer güçteki konvansiyonel bir makine 20 m uzunluğa ve 700 ton ağırlığa sahiptir! Son olarak, süperiletkenler kullanıldığında, aslında 20.000 MW'lık bir jeneratörün birim gücü elde edilebilir!

Malzemelerdeki tasarruf, makinenin maliyetinin yaklaşık dörtte üçünü azaltır. Üretim süreçlerini kolaylaştırın. Herhangi bir makine yapım tesisi için birkaç büyük elektrikli makine yapmak, çok sayıda küçük makine yapmaktan daha kolay ve ucuzdur: daha az işçi gerekir, makine parkuru ve diğer ekipmanlar o kadar ağır yüklenmez.

Güçlü bir turbojeneratör kurmak için, santralin nispeten küçük bir alanına ihtiyaç vardır. Bu, türbin dairesi inşa etme maliyetinin düşürülmesi ve istasyonun daha hızlı işletmeye alınabilmesi anlamına gelir. Ve son olarak, elektrikli makine ne kadar büyükse, verimliliği o kadar yüksek olur.

Bununla birlikte, tüm bu avantajlar, büyük güç üniteleri oluştururken ortaya çıkan teknik zorlukları dışlamaz. Ve en önemlisi, güçleri ancak belirli sınırlara kadar artırılabilir. Hesaplamalar, rotoru 3000 rpm'lik bir frekansta dönen 2500 MW'lık bir turbojeneratörün gücüyle sınırlanan üst sınırı aşmanın pek mümkün olmadığını gösteriyor, çünkü bu sınır her şeyden önce güç özelliklerine göre belirleniyor: daha yüksek güçlü bir makinenin mekanik yapısındaki gerilimler o kadar artar ki, merkezkaç kuvvetleri kaçınılmaz olarak rotorun tahrip olmasına neden olur.

Taşıma sırasında birçok endişe ortaya çıkar. 1200 MW kapasiteli aynı turbojeneratörü taşımak için, yaklaşık 64 m uzunluğunda, 500 ton taşıma kapasiteli mafsallı bir konveyör inşa etmek gerekiyordu, iki bojisinden her biri 16 vagon dingiline dayanıyordu.

Süperiletkenlik etkisinden faydalanılırsa ve süperiletken malzemeler kullanılırsa birçok engel kendiliğinden ortadan kalkar. Daha sonra rotor sargısındaki kayıplar, doğru akım içindeki direnci karşılamayacağından pratik olarak sıfıra indirilebilir. Ve eğer öyleyse, makinenin verimliliği artar. Süper iletken uyarma sargısından akan yüksek akım, o kadar güçlü bir manyetik alan oluşturur ki, artık herhangi bir elektrikli makine için geleneksel olan çelik bir manyetik devrenin kullanılmasına gerek yoktur. Çeliğin ortadan kaldırılması, rotorun kütlesini ve ataletini azaltacaktır.

Kriyojenik elektrikli makinelerin yaratılması modaya bir övgü değil, bilimsel ve teknolojik ilerlemenin doğal bir sonucu olan bir gerekliliktir. Ve 1000 MW'tan fazla kapasiteye sahip süper iletken turbojeneratörlerin güç sistemlerinde yerlerini bulacağına inanmak için her türlü neden var.

Rus bilim adamları, enerji endüstrisi için süper iletken turbojeneratörlerin oluşturulması üzerinde çalışmaya devam ediyor. Geçtiğimiz yıllarda 0,018 ve 1 MW kapasiteli deneysel yapılar inşa etmek mümkün oldu ve ardından 20 MW ...

Bu alışılmadık makinelerin nasıl düzenlendiğini düşünün.

Süper iletken uyarma sargısı bir helyum banyosundadır. Bir niyobyum-titanyum alaşımından veya bir niyobyum-kalay bileşiğinden yapılmış iletkenlerdeki akım yoğunluğu,  5 T'ye kadar bir manyetik alanda 1 mm2 başına yaklaşık 1000 A idi. (Sovyetler Birliği'nde üretilen niyobyum-kalay iletkenlerin kalite açısından her zaman rekabet dışı kaldığı belirtilmelidir. Şimdi bu tür süper iletkenlerin üretimi, bazı işbirliği yapan işletmeler Kazakistan'da kendilerini "kordonun arkasında" buldukları için biraz durdu.) Sıvı helyum, dönen rotora içi boş bir milin ortasına yerleştirilmiş bir borudan girer. Buharlaşan gaz, bu boru ile şaftın iç duvarı arasındaki boşluktan kondensere geri gönderilir.

Helyum için boru hattının tasarımı ve rotorun kendisinde iyi ısı yalıtımı sağlayan vakum boşlukları vardır. Ana taşıyıcıdan gelen tork, mekanik olarak yeterince güçlü ancak ısıyı iyi iletmeyen bir yapı olan "termal köprüler" aracılığıyla uyarma sargısına beslenir.

Sonuç olarak, rotorun tasarımı, süper iletken bir uyarma sargısına sahip dönen bir kriyostattır.

Geleneksel versiyonda olduğu gibi, bir süper iletken turbojeneratörün statoru, rotorun manyetik alanı tarafından bir elektromotor kuvvetinin uyarıldığı üç fazlı bir sargıya sahiptir. Çalışmalar, süper iletkenlerde alternatif akımda önemli kayıplar meydana geldiğinden, bir statorda süper iletken sargı kullanılmasının tavsiye edilmediğini göstermiştir. Ancak "normal" sargılı stator tasarımının kendine has özellikleri vardır.

Sargıyı stator ve rotor arasındaki hava boşluğuna yerleştirmek ve epoksi reçineler ve cam elyafı yapı elemanları kullanarak yeni bir şekilde sabitlemek prensipte mümkündü. Bu şema, statora daha fazla bakır iletken yerleştirmeyi mümkün kıldı.

Stator soğutma sistemi de orijinaldir: ısı, aynı anda bir yalıtkanın işlevini yerine getiren freon tarafından uzaklaştırılır. Gelecekte, bu uzaklaştırılan ısı, bir ısı pompası kullanılarak pratik amaçlar için kullanılabilir.

20 MW'lık bir turbojeneratörün rotorunda 2,5 X 3,5 mm dikdörtgen kesitli bakır tel kullanılmıştır. İçine 3600 niyobyum-titanyum damarları bastırılır. Böyle bir tel, 2200 A'ya kadar akım geçirebilir.

Yeni jeneratörün testleri hesaplanan verileri doğruladı. Aynı güce sahip geleneksel makinelerden iki kat daha hafif olduğu ortaya çıktı ve verimliliği %1 daha yüksek. Artık bu jeneratör Lenenergo sisteminde senkron kompansatör olarak çalışmakta ve reaktif güç üretmektedir. Operasyonu sırasında biriken deneyim benzersizdir, başka hiçbir ülkede yoktur. RAO "UES of Russia" nın bilim adamlarına doğru akım iletim hatları için yüksek voltajlı bir jeneratör geliştirme emri vermesi tesadüf değil. Ve ABD uzay programı, kompakt bir yerleşik otonom güç kaynağı için bileşenler geliştirmesini istedi.

Güç mühendislerinin sadece soğuk jeneratörlere ihtiyacı yoktur. Birkaç düzine süper iletken transformatör zaten üretilmiş ve test edilmiştir (bunlardan ilki 1961'de Amerikan McPhee tarafından yapılmıştır; transformatör 15 kW seviyesinde çalışıyordu). 1 milyon kW'a kadar güç için süper iletken transformatör projeleri var. Yeterince yüksek güçlerde, süper iletken transformatörler geleneksel transformatörlerden %40-50 daha hafif olacak ve güç kayıpları geleneksel transformatörlerle yaklaşık olarak aynı olacaktır (bu hesaplamalarda sıvılaştırıcının gücü de dikkate alınmıştır).

Bununla birlikte, süper iletken transformatörlerin önemli dezavantajları vardır. Manyetik alan, akım veya sıcaklık kritik değerlere ulaşabildiğinde, aşırı yükler, kısa devreler, aşırı ısınma sırasında transformatörü süper iletken durumdan çıkışından koruma ihtiyacı ile ilişkilidirler.

Transformatör yok edilmezse, tekrar soğutmak ve süper iletkenliği eski haline getirmek birkaç saat alacaktır. Bazı durumlarda, güç kaynağında böyle bir kesinti kabul edilemez. Bu nedenle, süper iletken transformatörlerin seri üretiminden bahsetmeden önce, acil durum modlarına karşı koruma önlemleri ve süper iletken transformatör kesintileri sırasında tüketicilere elektrik sağlama olasılığı geliştirmek gerekir. Bu alanda elde edilen başarı, yakın gelecekte süper iletken transformatörlerin korunma sorununun çözüleceğini ve enerji santrallerinde yerini alacağını göstermektedir.

Son yıllarda, süper iletken elektrik hatları hayali, gerçekleşmeye giderek daha da yaklaştı. Sürekli artan elektrik talebi, uzun mesafelerde yüksek güç iletmeyi çok çekici kılmaktadır. Bilim adamları, süper iletken iletim hatlarının vaadini ikna edici bir şekilde gösterdiler. Hatların maliyeti, geleneksel havai enerji nakil hatlarının maliyetiyle karşılaştırılabilir olacaktır (bakır veya alüminyum tellerdeki ekonomik olarak uygun akım yoğunluğuna kıyasla kritik akım yoğunluğunun yüksek değeri göz önüne alındığında, bir süper iletkenin maliyeti düşüktür) ve kablo hatlarının maliyetinden daha düşüktür.

Süper iletken elektrik hatlarının şu şekilde uygulanması gerekiyor: yerdeki son iletim noktaları arasına sıvı nitrojen içeren bir boru hattı döşeniyor. Bu boru hattının içinde sıvı helyum içeren bir boru hattı vardır. Helyum ve nitrojen, kaynak ve varış noktaları arasında basınç farkı oluşması nedeniyle boru hatlarından akar. Böylece sıvılaştırma pompa istasyonları sadece hat uçlarında olacaktır.

Sıvı nitrojen dielektrik olarak aynı anda kullanılabilir. Helyum boruları nitrojen borularının içinde dielektrik payandalarla desteklenir (çoğu yalıtkan düşük sıcaklıklarda dielektrik özelliklerini geliştirir). Helyum boru hattı vakum yalıtımlıdır. Sıvı helyum boru hattının iç yüzeyi bir süper iletken tabakasıyla kaplıdır.

Böyle bir hattaki kayıplar, normal sıcaklıkta süperiletkenin baralara bağlanması gereken hat uçlarındaki kaçınılmaz kayıplar dikkate alındığında yüzde birkaç kesri geçmeyecek ve sıradan elektrik hatlarında kayıplar 5-10 kat daha fazladır!

Bilim adamları ve mühendisler şimdiden gerçek süper iletken AC ve DC kabloları yarattılar. Bu tür hatlar, makul bir maliyetle ve nispeten düşük (110-220 kV) voltajla, %99'un üzerinde bir verimlilikle binlerce megavat gücü iletebilir. Belki daha da önemlisi, süper iletken güç hatları pahalı reaktif güç kompanzasyon cihazlarına ihtiyaç duymayacak. Sıradan hatlar, seviyelendirme için akım reaktörlerinin, güçlü kapasitörlerin kurulumunu gerektirir.

güzergah boyunca aşırı voltaj kayıplarını önlemek ve süper iletkenler üzerindeki hatlar kendilerini telafi edebilir!

Süper iletken kablo hatları üzerinden 2000 km'den daha uzun bir mesafe boyunca yaklaşık 20 MW'lık bir güç iletildiğinde, elektrik kayıplarının %10 oranında azalacağı, bunun da yaklaşık olarak geleneksel iletim hatlarının maliyetine eşit bir sistem maliyetiyle yılda 10 milyon ton eşdeğer yakıt tasarrufuna karşılık geleceği hesaplanmıştır.

Süperiletkenler, prensibi son derece basit olan ancak daha önce hiç yapılmamış olan elektrikli makinelerde de vazgeçilmez olduklarını kanıtladılar çünkü çalışmaları için çok güçlü mıknatıslara ihtiyaç var. Faraday'ın 1831 gibi erken bir tarihte uygulamaya çalıştığı manyetohidrodinamik (MHD) makinelerden bahsediyoruz.

Deneyiminin fikri basit. İki metal levha, Thames Nehri'nin karşı kıyılarındaki sularına daldırıldı. Nehrin hızı 0,2 m/s ise, o zaman su jetlerini Dünya'nın manyetik alanında batıdan doğuya hareket eden iletkenlere benzeterek (dikey bileşeni yaklaşık olarak 5 10 5 ־ T'ye eşittir), elektrotlardan yaklaşık 10 μV/m'lik bir voltaj çıkarılabilir .

Ne yazık ki, bu deney başarısızlıkla sonuçlandı: "jeneratör-nehir" çalışmadı. Faraday devredeki akımı ölçemedi. Ancak birkaç yıl sonra Lord Kelvin, Faraday'ın deneyini tekrarladı ve küçük bir akım aldı. Görünüşe göre her şey Faraday'ınkiyle aynı: aynı plakalar, aynı nehir, aynı enstrümanlar. Yer tam olarak aynı değil mi? Kelvin, jeneratörünü, sularının boğazın tuzlu sularıyla karıştığı Thames nehrinin aşağısına inşa etti.

İşte burada - çözüm! Mansaptaki su daha tuzluydu ve bu nedenle daha iletkendi! Bu, enstrümanlar tarafından hemen kaydedildi. "Çalışma sıvısının" iletkenliğini artırmak, MHD jeneratörlerinin gücünü artırmanın genel yoludur. Ancak manyetik alanı artırarak gücü başka bir şekilde artırabilirsiniz. MHD üretecinin gücü, manyetik alan şiddetinin karesiyle doğru orantılıdır.

MHD jeneratörleri hakkındaki rüyalar, geçen yüzyılın ortalarında, ilk süper iletken endüstriyel malzeme partilerinin (niyobyum-titanyum, niyobyum-zirkonyum) ortaya çıkmasıyla birlikte gerçek bir temel oluşturdu ve bunlardan ilk, hala küçük ama çalışan jeneratörler, motorlar, iletkenler, solenoidler.

MHD jeneratörleri birçok ülkede ciddi bir şekilde ele alınmıştır, çünkü bu tür makinelerde termik santrallerin türbinlerinde buhardan 8-10 kat daha sıcak plazma kullanmak mümkündür ve bu durumda, iyi bilinen Carnot formülüne göre verim artık 40 değil, tamamı% 60 olacaktır.

Elbette böyle bir istasyonu oluşturmak ve ekonomik olarak kullanmak kolay değildir: bir plazma akışını (2500 K) ve sıvı helyum (4-5 K) sarımlı bir kriyostat'ı yan yana yerleştirmek kolay değildir, sıcak elektrotlar yanar ve cüruf, plazma iyonizasyonu için yakıta yeni eklenen katkı maddelerinin cüruflardan süzülmesi gerekir, ancak beklenen faydalar tüm işçilik maliyetlerini karşılamalıdır.

Bir MHD üretecinin süper iletken manyetik sisteminin nasıl göründüğünü hayal edebilirsiniz. Plazma kanalının yanlarında, çok katmanlı ısı yalıtımı ile sargılardan ayrılan iki süper iletken sargı bulunur. Sargılar titanyum kasetlere sabitlenmiştir ve aralarına titanyum ara parçalar yerleştirilmiştir. Bu arada, akım taşıyan sargılardaki elektrodinamik kuvvetler onları kırma ve birbirlerine çekme eğiliminde olduğundan, bu kasetler ve ayırıcılar son derece güçlü olmalıdır.

Süper iletken sargıda ısı salınmadığı için, süper iletken manyetik sistemin çalışması için gerekli olan buzdolabı, yalnızca ısı yalıtımı ve akım uçları yoluyla sıvı helyum kriyostatına giren ısıyı çıkarmalıdır. Akım uçlarındaki kayıplar, süper iletken bir DC transformatöründen beslenen kısa devreli süper iletken bobinler kullanılarak neredeyse sıfıra indirilebilir.

Hesaplamalara göre, yalıtım yoluyla buharlaşan helyum kaybını telafi edecek olan helyum sıvılaştırıcı, saatte birkaç on litre sıvı helyum üretmelidir.Bu tür sıvılaştırıcılar endüstri tarafından üretilir.

Süper iletken bir MHD üreteci mümkün olduğuna göre, bu, süper iletken bir MHD motorunun da mümkün olduğu anlamına gelir! Fraday'ın deneyinde, nehirdeki suyun hareketinin akım vermesi gerekiyordu. Ancak sisteme akım getirirseniz, suyun kendisi hareket edecektir! Bu, MHD elektrik tahrikinin ilkesidir. Buzkıran tasarımcıları, askeri gemiler, özellikle denizaltılar için son derece ilginç - MHD iticileri neredeyse sessiz ve bir denizaltıyı tespit etmek daha zor! Şimdi iş askıya alındı ​​- okyanusların suyunun bu tür taşıyıcıları etkili kılacak kadar tuzlu olmadığı ortaya çıktı. Ancak manyetik alanı (güçlü bir şekilde) artırırsanız, motor denizlerin ve okyanusların mevcut tuzluluğuyla bile etkili bir şekilde çalışacaktır!

Süper iletken sargılar, büyük tokamaklar, termonükleer jeneratörlerin çalışma bölgesi, geleceğin enerji endüstrisinin umutları olmadan gerçekçi olmazdı. Örneğin Tokamak-7 tesisatında 12 ton ağırlığındaki bir sargı 4,5 kA akımla etrafından dolaştırılarak 6 m3 hacimli bir plazma torusunun ekseni üzerinde 2,4 T'lik bir manyetik  alan oluşturmuştur. Bu alan, yeniden sıvılaştırılması 300-400 kW güç gerektiren, saatte yalnızca 150 litre sıvı helyum tüketen 48 süper iletken bobin tarafından oluşturuldu.

Yalnızca büyük enerji endüstrisi ekonomik kompakt güçlü elektromıknatıslara ihtiyaç duymakla kalmaz, aynı zamanda rekor kıran güçlü alanlarla çalışan bilim adamları için onlarsız yapmak zordur. İzotopların manyetik olarak ayrılması için tesisler çok daha üretken hale geliyor. Süper iletken elektromıknatıslar içermeyen büyük hızlandırıcı projeleri artık düşünülmemektedir. Temel parçacıkların son derece güvenilir ve hassas dedektörleri haline gelen kabarcık odalarında süper iletkenler olmadan yapmak kesinlikle gerçekçi değildir. Böylece rekor kıran süper iletken manyetik sistemlerden biri (Argonne Ulusal Laboratuvarı, ABD), 80 MJ depolanmış enerji ile 1,8 T'lik bir alan yaratıyor. İç çapı 4,8 m, dış çapı 5,3 m ve yüksekliği 3 m olan 45 ton ağırlığında (400 kg'ı bir süper iletkene harcanan) devasa bir sargı, 4'e kadar gerektirir

Cenevre'deki Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi'nin süper iletken kabarcık odası mıknatısı daha da etkileyici. Aşağıdaki özelliklere sahiptir: merkezdeki manyetik alan 3 T'ye kadar, "bobin" iç çapı 4,7 m ve depolanan enerji 800 MJ'dir.

1977'nin sonunda, dünyanın en büyük süper iletken mıknatıslarından biri olan "Hyperon", Teorik ve Deneysel Fizik Enstitüsü'nde (ITEF) faaliyete geçti. Çalışma bölgesinin çapı 1 m, sistemin merkezindeki alan 5 T(!)'dir. Eşsiz mıknatıs, Serpukhov'daki IHEP proton senkrotronundaki deneyler için tasarlanmıştır.

Bu etkileyici rakamları anladıktan sonra, süperiletkenliğin teknik gelişiminin daha yeni başladığını söylemek bir şekilde sakıncalı. Örnek olarak, süperiletkenlerin kritik parametreleri hatırlanabilir. Sıcaklık, basınç, akım, manyetik alan, kritik denilen bazı sınır değerleri aşarsa, süperiletken olağandışı özelliklerini kaybederek sıradan bir malzemeye dönüşecektir.

Dış koşulları kontrol etmek için bir faz geçişinin varlığını kullanmak oldukça doğaldır. Süperiletkenlik varsa, alan kritikten azdır; sensörün direnci geri yüklenirse, alan kritik değerin üzerindedir. Çok çeşitli süperiletken sayaçlardan oluşan bir dizi şimdiden geliştirildi: uyduya monte edilmiş bir bolometre, Dünya'da yanan bir kibriti "hissedebilir", galvanometreler birkaç bin kat daha hassas hale gelir; ultra yüksek kalite faktörüne sahip rezonatörlerde, elektromanyetik alanın salınımları korunmuş gibi görünür, çünkü çok uzun süre bozulmazlar.

Süper iletken cihazlar arasında alfa parçacık detektörleri, kriyotronlar (doğrultucular), bellek için bilgisayar hücreleri ve anahtarlama devreleri bulunur. Tünel kontaklarının yararlı olduğu süper iletken düşük endüktanslı galvanometreler (SLAG'ler) ve süper iletken kuantum interferometreler (SQUID'ler) hakkında çok şey yazıldı. Amaçları küçük manyetik alanları ölçmek, manyetik akı kuantumunu bile kaydedebilirler! Manyetik rezonans tomografiler hastaların durumunu çok daha doğru olarak kaydeder.

Süperiletkenler, uygulamalarını manyetik ayırıcılarda bulmuştur: otomobil, deniz, hava taşımacılığı ve yüksek hızlı demiryollarının ulaşım manyetik süspansiyonunda.

Şimdi, süper iletken cihazların saçılmasının nasıl kümülatif bir etkiye sahip olabileceğini anlamak için enerji endüstrisinin tüm elektrik kısmına bir göz atma zamanı. Süper iletkenler güç ünitelerinin birim gücünü artırabilir, yüksek voltajlı güç mühendisliği kademeli olarak çok amperli güç mühendisliğine dönüşebilir, elektrik santrali ile tüketici arasında dört-altı kat voltaj dönüşümü yerine gerçekten bir veya iki dönüşümden karşılık gelen bir basitleştirme ve devre maliyetinde azalma hakkında konuşabiliriz, Joule kayıpları nedeniyle elektrik şebekelerinin genel verimliliği kaçınılmaz olarak artacaktır. Ama hepsi bu değil.

Süper iletken endüktif enerji depolama (SPIN) kullanıldığında, elektrik sistemleri kaçınılmaz olarak farklı bir biçim alacaktır! Gerçek şu ki, tüm endüstriler arasında sadece enerji sektörünün deposu yok: üretilen ısı ve elektriği depolayacak bir yer yok, hemen tüketilmeleri gerekiyor. Bazı umutlar süper iletkenlerle bağlantılıdır. İçlerinde elektriksel direncin bulunmaması nedeniyle, akım, tüketici tarafından seçilme zamanı gelene kadar, kapalı bir süper iletken devrede keyfi olarak uzun bir süre zayıflamadan dolaşabilir. SPINS, elektrik şebekesinin doğal unsurları haline gelecek, elektrik kaynakları ve tüketicileri ile birleştirildiğinde yalnızca regülatörler, anahtarlar veya akım veya frekans dönüştürücüler ile donatılmaları gerekiyor.

SPIN'lerin enerji yoğunluğu, IO 5 ־ 'den (kontrolden düşen bir portföyün enerjisi) 1 kWh'ye (40 m'lik bir uçurumdan düşen 10 tonluk bir blok) veya 10 milyon kWh'ye kadar çok farklı olabilir ! Böylesine güçlü bir sürücünün bir futbol sahasının etrafındaki koşu bandı büyüklüğünde olması, 500 milyon dolara mal olması ve %95 verimli olması gerekirdi. Eşdeğer bir pompaj depolamalı elektrik santrali %20 daha ucuz olacak, ancak elektriğin üçte birini kendi ihtiyaçları için harcayacak! Böyle bir SPIN'in maliyetini bileşenlere ayırmak öğreticidir: buzdolapları için - %2-4, akım dönüştürücüler için - %10, süper iletken sargı için - %15-20, soğuk bölgenin ısı yalıtımı için - %25 ve bandajlar, tutturucular ve ayırıcılar için - neredeyse %50. 

Son derece güçlü elektrik jeneratörlerine sahip nükleer ve termonükleer istasyonlar, 21. yüzyılın enerji endüstrisinin temeli olabilir. Süper iletken elektromıknatıslar tarafından üretilen elektrik alanları, kudretli nehirler, süper iletken güç hatlarından süper iletken enerji depolama cihazlarına akabilecek ve buradan tüketiciler tarafından ihtiyaç duyulduğunda alınacak. Santraller hem gece hem de gündüz eşit olarak elektrik üretebilecek ve planlı modlardan çıkmaları ana ünitelerin verimliliğini ve hizmet ömrünü artıracaktır.

Uzay güneş santralleri yer santrallerine eklenebilir. Gezegendeki sabit noktaların üzerinde gezinerek, odaklanmış enerji akışlarını yerdeki dönüştürücülere endüstriyel akımlara göndermek için güneş ışınlarını kısa dalga elektromanyetik radyasyona dönüştürmek zorunda kalacaklar. Yer-uzay elektrik sistemlerinin tüm elektrikli ekipmanı süper iletken olmalıdır, aksi takdirde sonlu elektriksel iletkenlik iletkenlerindeki kayıplar kabul edilemeyecek kadar büyük olacaktır.

sonsöz

Tüm insanlık tarihinde hiçbir zaman, bir kişinin dünya görüşünün ve refahının şimdi olduğu kadar büyük ölçüde bilimin ilerlemesine bağlı olacağı bir dönem olmamıştı.

... Bir ucu siyah, diğer ucu kırmızıya boyanmış, titreyen küçük bir oka, inanılmaz keşifler borçluyuz. Bilinmeyen dünyalar, egzotik hayvanlar, mis kokulu adalar, buzlu kıtalar ve medeniyetsiz insanlar, küçük bir pusula iğnesiyle yollarını kontrol eden şaşkın "fırkateyn şoförlerinin" gözlerinin önünde belirdi.

Modern yaşamın devasa nitelikleri cephaneliğinde mıknatıs çok özel bir yere sahiptir. Onsuz hiçbir araştırma, hiçbir bilim, hiçbir endüstri, hiçbir medeni yaşam mümkün değildir. Ayrıca Dünya'nın manyetik alanı olmasaydı, şimdi Mars gibi kozmik radyasyonla yakılan bir gezegen olacağını hatırlarsak, o zaman mıknatıslara karşı minnet gibi bir şey hissedilebilir.

Ancak minnettarlığın yanı sıra, mıknatıs da saygıyı hak ediyor - sonuçta, tarihsel bir ölçekte düşünürseniz, o zaman mıknatısın çekiminin doğası hakkında çok az şey söyleyebileceğimizi kabul etmelisiniz.

Bir mıknatıs neden çeker?

Bu soru, erkeklerin ve bilim adamlarının zihinlerini yüzlerce yıldır endişelendirecek. Bilgimizi abartmayalım. Bunu kim yaparsa yapsın genellikle ortalığı karıştırır. 1755'te Londra'da haftalık bir gazetede elektrik hakkında yazılanları hatırlayalım: “Elektrik, insanlar tarafından iyi incelenmiş bir kuvvettir. Hastalıkları tedavi etmek için başarıyla kullanılır, bu güç bitkilerin gelişimini hızlandırabilir.

Bu kibirli sözler, Faraday, Ampère, Maxwell'den önce, insanların, artık rahatlıkla ileri sürülebileceği gibi, elektrik hakkında neredeyse hiçbir şey bilmedikleri zamanlarda yazılmıştı. Elektrik ve manyetizma hakkında çok şey biliyoruz ve her geçen gün daha fazlasını öğreniyoruz. Ancak bir sorunun arkasında, daha az karmaşık ve ilginç olmayan başkaları da var. Hayat her zaman gizemlerle dolu olacak. Ve en karmaşık olanla birlikte - hayatın gizemi ve evrenin gizemi - mıknatısın gizemi her zaman meraklı bir zihin için yiyecek sağlayacaktır.

...Albert Einstein, dört yaşında bir çocuğa yeni bir oyuncak - bir pusula - verildiği günü hayatının geri kalanında hatırladı. Hayatının geri kalanında, bir mıknatısın mucizevi özelliklerine, binlerce yıl önce atalarımızı endişelendiren özelliklere çocukluk merakını korudu.

"Mıknatısın bilmecesini anladım!" Bununla birlikte, sırrın şaşırtıcı derecede küçük bir kısmını öğrenen bilim adamları, doğanın yarattığı en güçlü mıknatıslarla rekabet edebilecek cihazlar yaratmayı başardılar.

sizindir

DOR

VP Kartsev

Seyahat

MAGNET DÜNYASINDA

ONLARCA MAGNET İLE ÇEVRESELİZ.
BİZLER DE MAGNETİZ.

ÜZERİNDE YAŞADIĞIMIZ GEZEGEN DEV BİR
MAGNET.
ANCAK HİÇ KİMSE MAGNET HAKKINDA HER ŞEYİ BİLDİĞİNİ SÖYLEYEMEZ 

---

[1] SI birim sistemindeki manyetik alanın büyüklüğü tesla (T) cinsinden ölçülür. 1 T, 1000 mT içerir. Dünyanın manyetik alanı ortalama 0,05-0,10 mT; hızlandırıcı mıknatıslar boşlukta yaklaşık 2 T'lik bir alan oluşturur. Fizikçiler genellikle, bir manyetik alanın veya indüksiyonun yoğunluğunun daha küçük birimlerle ölçüldüğü standart olmayan bir CGS birimleri sistemi kullanır - gauss (G) (10 Gs \u003d 1 mT).

Not: Bazen Büyük Dosyaları tarayıcı açmayabilir...İndirerek okumaya Çalışınız.

Benzer Yazılar