Владимир Карцев - Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)

• Название: Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)
• Автор: Владимир Карцев
• Издательство: Энергоатомиздат
• Жанр: Физика
• Год: 1988
• ISBN: 5-283-02929-8

В популярной и занимательной форме рассказывается об истории решения проблемы, волнующей в равной степени и ученых, и инженеров. Эта проблема — получение сильных магнитных полей. Известно, что чем большее магнитное поле удается создать в машине, тем меньшие габариты она имеет и дешевле стоит. Ученые разработали несколько эффективных способов получения сильного магнитного поля. Об успехах и неудачах на этом пути и рассказывается в книге.

Для учащихся старших классов, читателей, интересующихся историей и современными достижениями науки и техники.

---

Ландау имел одну особенность — он писал с колоссальным трудом даже письма.

Лифшиц говорил об этом:

"Ему было нелегко написать даже статью с изложением собственной (без соавторов!)

научной работы, и все такие статьи в течение многих лет писались для него

другими. Непреодолимое стремление к лаконичности и четкости выражений заставляло

его так долго подбирать каждую фразу, что в результате труд написания чего

угодно — будь то научная статья или личное письмо — становился мучительным".

Все книги Ландау написаны в соавторстве с Е.М.Лифшицем, А.С.Ахиезером,

А.И.Китайгородским, Ю.Б.Румером, А.Я.Смородинским; это же относится и к

большинству его статей. Если отвлечься от соавторства с Р.Пайерлсом, Э.Теллером

и другими крупными зарубежными физиками, основной массив совместных работ Ландау

падает на сотрудничество с его многочисленными учениками (А.А.Абрикосов,

Е.М.Лифшиц, И.А.Померанчук, И.М.Халатников и др.).

Жизнь и творчество Ландау неотделимы от жизни и творчества его учеников. Ландау

выработал, как говорит академик Капица, "крайне своеобразный процесс

исследования, основная особенность которого заложена в том обстоятельстве, что

трудно отделить собственную работу Ландау от работы его студентов. Трудно

представить, как он мог бы успешно работать в столь различных областях физики

без своих студентов".

В школе Ландау были глубоко восприняты и развиты традиции научного общения,

бережно пестовавшиеся в лучших европейских физических школах (в кавендишской у

Дж. Томсона и Э.Резерфорда, в копенгагенской у Н.Бора). Достаточно сказать, что

научное общение Ландау было настолько интенсивным, что он мог бы не читать

физических книг и журналов, черпая информацию у студентов и коллег на своих

бурных семинарах.

Касаясь взаимоотношений со своими соавторами и учениками, Ландау как-то сказал

со свойственной ему, образностью: "Некоторые говорят, что я граблю своих

учеников. Некоторые — что ученики грабят меня. Правильнее было бы сказать, что у

нас происходит взаимный грабеж".

Преданность и любовь физиков к Ландау особенно ярко проявились в 1962 г., когда

Ландау тяжело пострадал в автомобильной катастрофе. Шесть лет ученики, друзья,

коллеги ежедневно боролись за жизнь ученого, но вернуть его в строй не удалось.

В больнице посол Швеции вручил Ландау Нобелевскую премию.

Ландау, по его собственным словам, прожил свою жизнь счастливо, все ему

удавалось, он сделал все, на что был способен.

Он трезво и скромно оценивал свои успехи в науке. Известна его логарифмическая

шкала ценностей — научных заслуг отдельных ученых, состоящая из пяти классов,

причем представители каждого последующего класса сделали, по мнению Ландау, в

десять раз меньше предыдущего.

К первому классу он причислял Ньютона, Френкеля, Клаузиуса, Максвелла,

Больцмана, Гиббса, Лоренца и Планка, Бора, Гейзенберга, Шредингера, Дирака и

Ферми. Эйнштейн принадлежал к "половинному классу". Себя Ландау относил к

"двухполовинному классу", но однажды, после какой-то особо удачной работы он

перевел себя во второй класс.

Ландау первым пролил свет на природу сверхпроводимости. В 1950 г. он и считающий

себя его учеником В.Л.Гинзбург (ныне академик) опубликовали обобщенную

феноменологическую теорию сверхпроводимости, являющуюся по существу следствием

идеи об одновременном существовании двух электронных жидкостей.

Ландау первым сопоставил два "странных" явления, сверхпроводимость и

сверхтекучесть — течение жидкого гелия II без трения через узкие капилляры, и

предположил, что они родственны. Сверхпроводимость — это сверхтекучесть весьма

своеобразной жидкости — электронной. Эта идея Ландау оказалась в высшей степени

плодотворной, на ее основе построено большинство теорий сверхпроводимости.

Следующий шаг был сделан одновременно советским физиком академиком

Н.Н.Боголюбовым и американскими физиками Д.Бардиным, Л.Купером и Дж. Шриффером.

Теория, разработанная ими, сводится, грубо говоря, к предположению о том, что

сверхпроводящие электроны в отличие от обычных объединены в пары, тесно

связанные между собой. Разорвать пару и разобщить электроны чрезвычайно трудно.

Такие мощные связи позволяют электронам двигаться в материале, помогая друг

другу и не встречая электрического сопротивления.

Ярким достижением в разработке теории сверхпроводимости являются работы ученика

Л.Д.Ландау члена-корреспондента АН СССР А.А.Абрикосова. Он, детально рассмотрев

один из "малоинтересных" частных случаев уравнения Гинзбурга — Ландау,

теоретически подтвердил давнюю догадку Шубникова о преимуществах сверхпроводящих

сплавов перед сверхпроводящими металлами. За разработку этой теории ее авторы

удостоены Ленинской премии, а теория получила мировое признание.

Когда основные положения ее были доложены Абрикосовым на Международной

конференции по низким температурам в Москве, в зале долго не смолкали

аплодисменты.

Итак, теория разработана, она утверждает, что в металлургических лабораториях со

дня на день должны появиться сплавы с предсказанными физиками чудесными

свойствами…

И вот в 1961 г. американский физик Дж. Кунцлер, исследуя сплав ниобия с оловом,

обнаруживает совершенно фантастические сверхпроводящие свойства этого

соединения. Оказалось, что даже самое сильное магнитное поле 8,8 Тл, имевшееся

тогда в Соединенных Штатах, не в силах разрушить сверхпроводимость сплава. (В

1961 г. в США крупнейший исследовательский электромагнит давал поле 8,8 Тл;

именно в его поле и проводились испытания нового сверхпроводника. Поле магнита,

как видно из статьи Кунцлера, оказалось недостаточным, чтобы "выключить"

сверхпроводимость.) Вскоре в Институте физических проблем под руководством

члена-корреспондента АН СССР Н.Е.Алексеевского было обнаружено несколько других

сверхпроводящих соединений и сплавов, обладающих удивительными свойствами…

Путь к сверхпроводящим магнитам, сверхпроводящим техническим устройствам был

открыт…

Уже через несколько лет были созданы магниты, о которых Камерлинг-Оннес мог

только мечтать: сверхпроводящие, легкие, дешевые, небольшие по габаритам, с

полем сначала 10, 12, а потом и 25 Тл. Они созданы в Институте атомной энергии

имени И.В.Курчатова, в Институте теоретической и экспериментальной физики.

Сверхпроводники, имеющие параметры Гинзбурга — Ландау более 1/√2, - это в

основном различные сверхпроводящие сплавы. Из теории ГЛАГ (В.Л.Гинзбург —

Л.Д.Ландау — А.А.Абрикосов — Л.П.Горьков) следует, что критические поля и

температуры сверхпроводников 2-го рода должны быть очень высокими. Открытие

Кунцлером сверхпроводимости у Nb3Sn блестяще подтвердило этот вывод. Как

выяснилось позже, критические поля многих сплавов (таких, например, как Nb3Ge,

V3Ga и др.) превышают 20…25 Тл. Эти сверхпроводники обладают по сравнению со

сверхпроводниками 1-го рода более высокими критическими полями и температурами.

Возможно, что в скором времени будут открыты сверхпроводники с еще лучшими

сверхпроводящими свойствами. Так, пределом критической температуры считают 40 К

(достигнуты температуры, превышающие 20 К). Это ограничение относится к

известному типу сверхпроводимости, при котором образование электронной пары,

способной двигаться через решетку без трения, обусловливается полем колебаний

решетки. В этом поле один электрон испускает квант колебания, а другой поглощает

его, вследствие чего потерь энергии не происходит и электрическое сопротивление

отсутствует.

Если же механизм сверхпроводимости иной, то возможно получение более высоких

критических температур. Так, в печати обсуждалась возможность сверхпроводимости

в линейных полимерах вплоть до критической температуры 1000 К.

Свойства сверхпроводников 1-го и 2-го рода значительно различаются: например,

переход в сверхпроводящее состояние у сверхпроводников 2-го рода происходит

очень плавно, в широком диапазоне значений магнитного поля.

Поскольку сверхпроводники 2-рода проницаемы для магнитных полей и обладают при

наличии неоднородности состава гистерезисом, питание их переменным током или

помещение их в переменное магнитное поле вызывает потери энергии. Показано, что

эти потери при частоте 50 Гц для ниобий-циркониевого (25 % циркония) сплава