Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)
Шрифт:
шнуром, по которому течет очень сильный электрический ток. Электрический ток
всегда создает магнитное поле, стремящееся уменьшить сечение проводника (пинч-
эффект). Однако, чем меньше диаметр шнура, тем больше при том же токе магнитное
поле, создаваемое на поверхности шнура. Г.И.Будкер предложил использовать это
очень сильное магнитное поле как рабочее поле ускорителя. В пучке электронов
диаметром 6 м можно удержать протоны с энергией вплоть до 104 МэВ.
Большие
магнитного поля ускорителей является индукция насыщения стали (около 2 Тл).
Однако, если сталь из ускорителя убрать, возникнет много других проблем.
Сопротивление магнитному полю ускорителя, например, сразу увеличится. Чтобы
сохранить поток прежним, нужно сильно увеличить мощность питания обмоток,
которая и при ускорителе со сталью была огромной. Мощность питания американского
синхрофазотрона "Беватрон" составляла 100 тыс. кВт. Такую мощность потребляет
город со стотысячным населением.
При рассмотрении проекта ускорителя "Газовая и электрическая компания"
тихоокеанского побережья специально занималась вопросом: не будут ли "садиться"
все лампы в городах Беркли и Окленде, когда в ускорителе разгоняется пучок
протонов.
А ведь "Беватрон" — относительно небольшой ускоритель и к тому же со стальным
сердечником. В ускорителях на 300 тыс. — 1 млн. МэВ без стали потребление
электроэнергии будет гораздо больше. Соответственно более дорогостоящим и
громоздким окажется сам ускоритель. Но если разобраться, эта колоссальная
энергия будет в большей мере тратиться попусту. Для поддержания магнитного поля
не требуется энергия: постоянный магнит ниоткуда не получает энергию, а его
магнитное поле не расходуется, когда им что-либо притягиваешь. Энергия
необходима лишь на установление поля: если в этой области пространства
магнитного поля раньше не было, а теперь оно есть — это значит, что затрачена
некоторая энергия. Остальная электроэнергия тратится на нагревание обмоток,
обладающих электрическим сопротивлением. Не будь сопротивления, потери бы
исчезли. Если подсчитать, какая часть энергии в ускорителях используется
полезно, то окажется, что она ничтожна.
Именно с этим обстоятельством и связаны попытки использовать в качестве
материала обмоток магнитов ускорителей сверхпроводник. У сверхпроводника
омическое сопротивление отсутствует и, следовательно, потери энергии также
отсутствуют. Другая положительная сторона применения сверхпроводящих обмоток —
возможность сильного увеличения магнитного поля, а стало быть, и уменьшения
радиуса
ускорителей уменьшатся впятеро.
В поисках новых путей, позволяющих более дешевым и эффективным способом получать
частицы высоких энергий, ученые ФИАНа выдвинули идею построить в Протвино
ускорительно-накопительный комплекс (УНК) на энергию ускоряемых протонов 3000
ГэВ. Большой вклад в развитие и осуществление этой идеи внес академик
А.А.Логунов. Частицы энергий 70 ГэВ, ускоряемые на уже существующем Серпуховском
ускорителе, будут "впрыскиваться" в УНК для дальнейшего ускорения. В УНК будут
использоваться мощные сверхпроводящие магниты, которые позволят снизить длину
окружности ускорителя с 60 до 20 км, резко уменьшить энергозатраты на питание
магнитов. Несмотря на гигантские финансовые расходы, комплекс решено строить, и
строительство начато. Ученые предполагают, что уникальный физический прибор
поможет раскрыть самые сокровенные тайны строения вещества. Новый ускоритель
будет стоить около миллиарда рублей, диаметр его секционного кольцевого магнита
— около 7 км, а займутся строительством его несколько тысяч человек и сотни
организаций. Защищаться от излучения такого ускорителя придется бетонными
стенами двенадцатиметровой толщины.
Строительство новых сверхмощных ускорителей вызовет определенное напряжение даже
для таких стран, как СССР и США. Это напряжение будет не только финансовым, но и
"умственным". С новым ускорителем так или иначе свяжут свой труд около 200
кандидатов и докторов наук — целая армия ученых. Поэтому в европейской печати
довольно часто начинает проскальзывать мысль о том, что ускорители на такие
большие энергии следует строить "всем миром" — т. е. в буквальном смысле силами
всех развитых стран.
Еще в 1963 г., когда В.И.Векслер получал международную премию "Атом для мира", он
призвал к международному сотрудничеству ученых в деле постройки сверхмощных
ускорителей: "Природа одна; проблемы, которые она представляет нам на данном
этапе развития науки, очень часто имеют единственное решение, конечно, не
зависимое от того, где живут — в Советском Союзе или в Соединенных Штатах —
люди, стремящиеся найти это решение".
Неизвестно, как в конце концов разрешится эта проблема — будут ли такие
ускорители строить отдельные государства или группы государств, или, наконец,
проблема попадет в ранг вопросов, решаемых ООН. А пока энергия ускорителей