На грани фантастики

Для сверхпроводящего соленоида нужен только первоначальный энергетический «толчок» — подается электроток, и соленоид «окутывается» магнитным полем. Теперь питание можно отсоединить, ток в соленоиде будет циркулировать без подвода энергии сколь угодно долго, лишь бы поддерживалась необходимая низкая температура. Представьте себе такой электромагнит в мощном энергетическом генераторе. Ну чем не вечный двигатель? Но, разумеется, с вечным двигателем он ничего общего не имеет.

У нас в стране налажено производство сверхпроводящих электротехнических материалов. Многожильные провода и кабели, например из ниобий-титановых и ниобий-оловянных сплавов, способны нести ток в сотни тысяч ампер, причем магнитные поля, образуемые этими токами, достигают сотен тысяч эрстед. Эти показатели в сто раз выше, чем у меди, применяемой для обмоток мощных электрических машин. Но энергетика уже требует оборудование гораздо мощнее того, что удается изготовить из обычных материалов. А что значит повысить мощность? Если использовать привычные, «традиционные» свойства металлов, то приходится создавать весьма громоздкие конструкции, пожирающие к тому же огромное количество энергии. Гигантомания подошла к своему пределу: увеличивать дальше размеры машин уже и практически трудно, и экономически не выгодно. Сейчас только несведущие в технике люди восхищаются, скажем, гигантскими синхрофазотронами, хотя еще совсем недавно о них с восторгом говорил весь мир. Их внешний диаметр измеряется сотнями метров, масса электромагнита — десятками тысяч тонн. Для их питания требуется столько же энергии, как для снабжения крупного города. Что и говорить, цифры вызывают почтение. Ну, а результаты?

Наш крупнейший ускоритель частиц в Протвино под Серпуховом сообщает протонам энергию в 76 миллиардов электрон-вольт. И этого уже ученым мало. Выдвигаются идеи создания синхрофазотронов следующего поколения, которые бы разгоняли частицы до энергии в два-три триллиона электрон-вольт. Но для сооружения такой громадины надо затратить фантастическую сумму денег, которую «не потянет» ни одно государство.

Вот тут-то и выдвигается на первый план сверхпроводящий соленоид. Он открывает такие возможности, что все существующие гиганты выглядят перед ним безнадежно устаревшими.

Размеры синхрофазотрона находятся в обратной зависимости от достижимой интенсивности магнитного поля. Чем большую интенсивность удается получить, тем меньше могут быть размеры. А каждый килограмм веса современного сверхпроводящего магнита создает магнитное поле, равное полю двадцатитонного обычного магнита с железным сердечником. Один килограмм — и двадцать тонн! Вот и представьте, насколько можно уменьшить размеры ускорителей и их стоимость.

Сверхпроводящие соленоиды уже доказали свои преимущества не только теоретически, но и на практике. При их работе затраты электроэнергии на питание магнита, даже вместе с поддержанием температуры жидкого гелия, в сотни раз меньше, чем при работе обычных систем. Так, например, самая крупная сверхпроводящая система на сегодняшний день работает на жидководородной пузырьковой камере Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), создавая в камере магнитное поле. Мощность, потребная для этой системы, всего лишь 100—150 киловатт. Если бы применялся обычный водоохлаждаемый магнит, потребовалось бы 50—60 тысяч киловатт!

На мощные сверхпроводящие магниты сейчас возлагают большие надежды физики, работающие над проблемой управляемых термоядерных реакций. Плазма для получения такой реакции должна иметь температуру около одного миллиарда градусов при давлении в 120 атмосфер. Естественно, любые стены, даже из самой лучшей жароупорной стали какой угодно толщины, при этих условиях расплавятся и потекут. Удержать такую плазму способны только сверхсильные магнитные поля, а создать их в сравнительно небольших объемах могут лишь сверхпроводящие соленоиды.