Магнит Биттера

Магнит Биттера (соленоид или катушка Биттера) — тип электромагнитов, используемых для создания стационарных (не импульсных) очень сильных магнитных полей. Изобретены Фрэнсисом Биттером в 1933 году. При помощи таких магнитов получено поле с магнитной индукцией превышающей 35 Тл (2008 год)^[2].

Действие магнитного поля с индукцией 16 тесла, созданного при помощи катушек Биттера, на компактные диамагнитные объекты^[1] — диамагнитная левитация. (Шнобелевская премия по физике за 2000 год.)

УстройствоПравить

Медная пластина с диаметром 40 см — один из витков магнита Биттера с полем до 16 Тл. Охлаждающая жидкость прокачивается через отверстия. Рабочий ток до 40 кА. Увеличено поврежденное перегревом отверстие.

Магнит (катушка) Биттера состоит из множества металлических дисков, разрезанных по радиусу (Пластины Биттера). Диски чередуются с дискообразными диэлектрическими прокладками, формируя двойную спираль. После формирования спирали в дисках проделывается несколько сотен сквозных отверстий, через которые прокачивается жидкость в целях охлаждения установки.

В первом, построенном в 1936 году магните Биттера использовались в качестве витков медные диски, изолированные друг от друга пластинами слюды. Через 600 отверстий прокачивалось 800 галлонов воды в минуту (50 литров в секунду^[3]). Электрическая мощность установки составляла 1,7-2 МВт. Достигнутая напряжённость магнитного поля составляла до 10 Тесла (100 тыс. Гс), при этом установка была кратковременно работоспособна вплоть до 15,2 Тл. Этот магнит функционировал до 1962 года, при этом до 1958 года он оставался самым сильным магнитом в мире с длительно поддерживаемым постоянным полем.

В современных магнитах Биттера изменены форма разреза диска (изогнутый разрез вместо прямого радиального) и расположение и форма охлаждающих отверстий (используются отверстия в виде щели вместо круглых). В современных магнитах форма и размер витков-пластин, расположенных по торцам магнита, может плавно изменяться.

Основным недостатком соленоидов Биттера является их высокая потребляемая мощность из-за резистивного нагрева. Но они применяются для создания сильных магнитных полей, недостижимых для сверхпроводящих магнитов (критическое поле, разрушающее сверхпроводимость, для распространенных сверхпроводников составляет 8-28 Тл, реально используются магниты до 10—20 Тл).

Рекордные установкиПравить

В 2011 году в National High Magnetic Field Laboratory^[en] (Tallahassee, Флорида, США) установлен магнит Биттера с максимальным стационарным полем в 36,2 Тл. Используется несколько сотен пластин Биттера, организованных в 4 цилиндрических вложенных друг в друга магнита. Электрическая мощность — 19,6 МВт, для охлаждения прокачивается 139 литров воды в секунду^[4].

Более мощные постоянные поля, вплоть до 45 Тл, достигаются в магнитах Биттера, установленных внутри сверхпроводящего магнита^[2].

Интересные фактыПравить

Соавтором статьи о наблюдении вращения Земли с помощью левитирующих диамагнитных гироскопов в поле, создаваемом магнитом Биттера, стал хомячок по кличке «H. A. M. S. ter Tisha», принимавший «непосредственное участие» в экспериментах по левитации^[5]^[6].

ПримечанияПравить

↑ Diamagnetic Levitation — High Field Magnet Laboratory (неопр.). Дата обращения: 23 декабря 2015. Архивировано из оригинала 27 августа 2013 года.
↑ ¹ ² Coyne, Kristin Magnets: from Mini to Mighty (неопр.) (недоступная ссылка — история). Magnet Lab U. National High Magnetic Field Laboratory (2008). Дата обращения: 31 августа 2008. Архивировано 19 сентября 2012 года.
↑ Магнит за три тысячелетия. Часть II Архивная копия от 1 апреля 2012 на Wayback Machine «Биттер: „секрет — в охлаждении“»
↑ National High Magnetic Field Laboratory - Meet the Magnets: 36.2 Tesla Resistive Magnet (неопр.). Дата обращения: 29 декабря 2011. Архивировано из оригинала 17 мая 2008 года.
↑ doi:10.1016/S0921-4526(00)00753-5
↑ http://www.aps.org/publications/apsnews/200910/physicshistory.cfm Архивная копия от 10 октября 2010 на Wayback Machine "co-authored a paper with his favorite hamster, "Detection of earth rotation with a diamagnetically levitating gyroscope, «insisting that „H. A. M. S. ter Tisha“ contributed to the levitation experiment „most directly.“»

СсылкиПравить

http://www.ebiblioteka.lt/resursai/Uzsienio%20leidiniai/Uspechi_Fiz_Nauk/1966/4/r664d.pdf //УФН1966 апрель, том 88 вып 4
СВЕРХСИЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ// Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
https://web.archive.org/web/20170327080411/http://www.valtar.ru/Magnets2/mag_2_9.htm

[1] Diamagnetic Levitation — High Field Magnet Laboratory (неопр.). Дата обращения: 23 декабря 2015. Архивировано из оригинала 27 августа 2013 года.

[MagnetLabU-2] ¹ ² Coyne, Kristin Magnets: from Mini to Mighty (неопр.) (недоступная ссылка — история). Magnet Lab U. National High Magnetic Field Laboratory (2008). Дата обращения: 31 августа 2008. Архивировано 19 сентября 2012 года.

[3] Магнит за три тысячелетия. Часть II Архивная копия от 1 апреля 2012 на Wayback Machine «Биттер: „секрет — в охлаждении“»

[4] National High Magnetic Field Laboratory - Meet the Magnets: 36.2 Tesla Resistive Magnet (неопр.). Дата обращения: 29 декабря 2011. Архивировано из оригинала 17 мая 2008 года.

[5] :10.1016/S0921-4526(00)00753-5

[6] ttp://www.aps.org/publications/apsnews/200910/physicshistory.cfm Архивная копия от 10 октября 2010 на Wayback Machine "co-authored a paper with his favorite hamster, "Detection of earth rotation with a diamagnetically levitating gyroscope, «insisting that „H. A. M. S. ter Tisha“ contributed to the levitation experiment „most directly.“»

[2]

[1]

[3]

[4]

[5]

[6]