Большая Советская Энциклопедия (МА) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 47

  Внутрикристаллическое М. п., измеренное в ферримагнетиках (ферритах-гранатах) на ядрах ионов железа, оказалось ~ 5·105гс, на ядрах редкоземельного металла диспрозия ~ 8·106гс. На расстоянии порядка размера атома (~ 10-8см ) М. п. ядра составляет ~ 50 гс. Внешнее М. п. и внутриатомные М. п., создаваемые электронами атома и его ядром, расщепляют энергетические уровни атома (Зеемана эффект); в результате спектры атомов приобретают сложное строение (см. Тонкая структура и Сверхтонкая структура ). Расстояния между зеемановскими подуровнями энергии (и соответствующими спектральными линиями) пропорциональны величине М. п., что позволяет спектральными методами определять значение М. п. С возникновением зеемановских подуровней энергии в М. п. и с квантовыми переходами между ними связано ещё одно важное физическое явление — резонансное поглощение веществом радиоволн (явление магнитного резонанса ). Зависимость положения и формы линий спектра магнитного резонанса от особенностей взаимодействия молекул, атомов, ионов, а также ядер в жидкостях и твёрдых телах даёт возможность исследовать при помощи электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР) структуру жидкостей, кристаллов и сложных молекул, кинетику химических и биохимических реакций.

  М. п. способно заметно влиять на оптические свойства среды и процессы взаимодействия электромагнитного излучения с веществом (см. Фарадея эффект , Магнитооптика ), вызывать гальваномагнитные явления и термомагнитные явления в проводниках и полупроводниках. М. п. оказывает влияние на сверхпроводимость веществ: при достижении определённой величины М. п. разрушает сверхпроводимость (см. Критическое магнитное поле ). М. п. при намагничивании ферромагнитных тел изменяет их форму и упругие свойства (см. Магнитострикция ). Особые свойства в М. п. приобретает плазма . М. п. препятствует движению заряженных частиц плазмы поперёк силовых линий поля (см. Магнитная гидродинамика ). Этот эффект используется, например, для термоизоляции плазмы и обеспечения её устойчивости в установках для изучения свойств высокотемпературной плазмы.

  Применение магнитных полей в науке и технике. М. п. обычно подразделяют на слабые (до 500 гс ), средние (500 гс — 40 кгс ), сильные (40 кгс — 1 Мгс ) и сверхсильные (свыше 1 Мгс ). На использовании слабых и средних М. п. основана практически вся электротехника, радиотехника и электроника. В научных исследованиях средние М. п. нашли применение в ускорителях заряженных частиц , в Вильсона камере , искровой камере , пузырьковой камере и других трековых детекторах ионизующих частиц, в масс-спектрометра х, при изучении действия М. п. на живые организмы и т.д. Слабые и средние М. п. получают при помощи магнитов постоянных , электромагнитов, неохлаждаемых соленоидов, магнитов сверхпроводящих .

  М. п. до ~500 кгс широко применяются в научных и прикладных целях: в физике твёрдого тела для изучения энергетических спектров электронов в металлах, полупроводниках и сверхпроводниках; для исследования ферро- и антиферромагнетизма, для удержания плазмы в МГД-генераторах и двигателях, для получения сверхнизких температур (см. Магнитное охлаждение ), в электронных микроскопах для фокусировки пучков электронов и т.д. Для получения сильных М. п. применяют сверхпроводящие соленоиды (до 150—200 кгс , рис. 2 ), соленоиды, охлаждаемые водой (до 250 кгс , рис. 3 ), импульсные соленоиды (до 1,6 Мгс , рис. 4 ). Силы, действующие на проводники с током в сильных М. п., могут быть очень велики (так, в полях ~ 250 кгс механические напряжения достигают 4·108 н/м2 , то есть предела прочности меди). Эффект давления М. п. учитывают при конструировании электромагнитов и соленоидов, его используют для штамповки изделий из металла. Предельное значение поля, которое можно получить без разрушения соленоида, не превышает 0,9 Мгс.

  Сверхсильные М. п. используют для получения данных о свойствах веществ в полях свыше 1 Мгс и при сопутствующих им давлениях в десятки млн. атмосфер. Эти исследования позволят, в частности, глубже понять процессы, происходящие в недрах планет и звёзд. Сверхсильные М. п. получают методом направленного взрыва (рис. 5 ). Медную трубу, внутри которой предварительно создано сильное импульсное М. п., радиально сжимают давлением продуктов взрыва. С уменьшением радиуса R трубы величина М. п. в ней возрастает ~ 1/R2 (если магнитный поток через трубу сохраняется). М. п., получаемое в установках подобного типа (так называемых взрывомагнитных генераторах), может достигать нескольких десятков Мгс. К недостаткам этого метода следует отнести кратковременность существования М. п. (несколько мксек ), небольшой объём сверхсильного М, п. и разрушение установки при взрыве.

  Лит.: Ландау Л. Д. и Лифшиц Е. М., Теория поля, 6 изд., М., 1973 (Теоретическая физика, т. 2); Тамм И. Е., Основы теории электричества, 8 изд., М., 1966; Парселл Э., Электричество и магнетизм, перевод с английского, М., 1971 (Берклеевский курс физики, т. 2); Карасик В. Р., Физика и техника сильных магнитных полей, М., 1964; Монтгомери Б., Получение сильных магнитных полей с помощью соленоидов, перевод с английского, М., 1971; Кнопфель Г., Сверхсильные импульсные магнитные поля, перевод с английского, М., 1972; Кольм Г., Фриман А., Сильные магнитные поля, «Успехи физических наук», 1966, т. 88, в. 4, с. 703; Сахаров А. Д., Взрывомагнитные генераторы, там же, с. 725; Биттер Ф., Сверхсильные магнитные поля, там же, с. 735; Вайнштейн С. И., Зельдович Я. Б., О происхождении магнитных полей в астрофизике, там же, 1972, т. 106, в. 3.

  Л. Г. Асламазов, В. Р. Карасик, С. Б. Пикельнер.

Рис. 4. Модель импульсного одновиткового соленоида (длина 10 мм , диаметр отверстия 2 мм ). Источник питания — батарея конденсаторов на 2,4 кдж . Получаемые поля — до 1,6 Мгс .

Рис. 3. Схематический разрез водоохлаждаемого соленоида на 250 кгс (движение воды показано стрелками), 1-я секция имеет массу 2 кг , потребляет мощность 0,4 Мвт и создаёт поле Bmax ~ 45 кгс , 2-я секция — 16 кг, 2 Мвт и 65 кгс , 3-я секция — 1250 кг , 12 Мвт и 140 кгс .

Рис. 1. a — действие однородного постоянного магнитного поля на магнитную стрелку, виток с током I и атомный диполь (е — электрон атома); б — действие однородного постоянного магнитного поля на свободно движущиеся электрические заряды q (их траектория в общем случае имеет вид спирали); в — разделение пучка магнитных диполей в неоднородном магнитном поле; г — возникновение тока индукции в витке при усилении внешнего магнитного поля В (стрелками показано направление тока индукции и создаваемого магнитного поля Винд ). Здесь pт — магнитный момент, q — электрический заряд, v — скорость заряда.

Рис. 5. Взрывомагнитный генератор. Первичное импульсное поле создаётся разрядом батареи конденсаторов. Когда поле достигает максимальной величины, осуществляется взрыв (ВВ — взрывчатое вещество), приводящий к резкому возрастанию поля в медной трубе («ловушке» магнитного поля). Тригер применялся для синхронизации первичного импульсного магнитного поля и детонации взрывчатого вещества.