ПРЕДИСЛОВИЕ

Создание ускорителей заряженных частиц высоких энергий в начале 50-х годов потребовало коренного улучшения параметров существующих электромагнитов. Десять лет спустя и через полвека после открытия сверхпроводимости появились первые сверхпроводящие соленоиды, пригодные для использования в научно-исследовательских лабораториях. Обычные электромагниты, пока еще являющиеся основным источником магнитного поля в ускорителях и других установках, работают с к. п. д., близким к нулю. Чтобы поддерживать с их помощью магнитное поле в заданном объеме, необходимо затрачивать определенную работу. Сверхпроводящие магниты, сопротивление обмоток которых равно нулю, не требуют источников энергии для поддержания магнитного поля.

Несколько огорчает то обстоятельство, что через 60 лет после исследований первых сверхпроводников сверхпроводящие магниты используются только в некоторых крупных лабораторных установках. Несмотря на то что к явлению сверхпроводимости проявляется большой интерес, сверхпроводники применяются в малых масштабах, главным образом в приборах квантовой электроники, в медицине, биологии и в лабораторных экспериментах, где необходимы сильные магнитные поля. Только в последнее время сверхпроводники 2-го рода начали использоваться в энергетике (получение и накопление энергии, транспорт), в магнитах ускорителей, поездах на магнитной подвеске, где они призваны заменить колеса. Использование сверхпроводимости делает рентабельными с экономической точки зрения такие устройства для получения энергии, как термоядерные и магнитогидродинамические реакторы, обеспечивает высокую эффективность электродвигателей. Предполагается использовать мощные сверхпроводящие магниты для опреснения морской воды, магнитной сепарации руд, очистки сточных вод и других целей.

Люди еще не привыкли использовать необычные свойства веществ при низких температурах. Их естественный страх перед неведомым исчезнет, когда сверхпроводящие материалы начнут применяться в крупных масштабах. В последние годы наряду с достижениями в технологии производства сверхпроводящих материалов наблюдается прогресс в криогенной технике. Различные фирмы выпускают в широком ассортименте рефрижераторы, ожижители и сосуды для хранения и транспортировки жидкого гелия, ставшего общедоступным хладагентом. Производимые промышленностью сверхпроводящие кабели выдерживают токи в тысячи ампер в сильных магнитных полях, а существующие технологические процессы позволяют с успехом заменять обычные магниты эффективно работающими сверхпроводящими магнитными системами.

Количество публикаций о свойствах сверхпроводящих материалов, конструкции и работе сверхпроводящих магнитных систем очень велико. Однако эти данные, а также сведения о физических и механических свойствах материалов при низких температурах разбросаны по разным источникам. Возникла необходимость в монографии, в которой бы были собраны и систематизированы сведения о методах получения сильных магнитных полей и свойствах материалов при низких температурах, освещены основные вопросы криогенной техники и отражен опыт, накопленный в процессе конструирования и эксплуатации магнитных систем. В области сверхпроводимости наблюдается быстрый прогресс, и поэтому приходится иметь дело с большим и непрерывно растущим потоком публикаций о сверхпроводящих магнитах. В период, когда писалась эта книга, было опубликовано много новых результатов, большинство из которых удалось включить в ее текст. Однако книга должна иметь разумный объем, поэтому автор не смог полностью использовать всю собранную им информацию. В частности, с писки литературы в конце каждой главы не являются полными. Однако книга представляет несомненный интерес для физиков и инженеров, работающих в данной области, и будет полезна студентам соответствующих специальностей.

В книге использована система единиц МКС. Обозначения даны в соответствии с общепринятой практикой. Так, критические поля сверхпроводников обозначены через Нс1 и Нс2, а не Вс1 и Bс2, хотя последнее, возможно, и ближе к истине.

В заключение хочется выразить благодарность Фрэнсису Биттеру из Массачусетского технологического института, от которого я получил большую часть своих знаний о мощных магнитах, В. К. X. Пановскому, поддерживавшему и вдохновлявшему работы по сверхпроводимости на Стэнфордском линейном ускорителе, а также Ф. Эдеру за внимание и поддержку в период написания этой книги. Я очень признателен за помощь и консультации коллегам из Аргоннской Национальной лаборатории, ЦЕРНа и других научных центров, а также представителям промышленности США, Англии, Федеративной Республики Германии, представившим образцы материалов и данные их испытаний.

Г. Брехна

Швейцария, январь 1973 г.

Назад, на страницу описания