Магнитная кумуляция и взрывомагнитные генераторы
Магнитная кумуляция и взрывомагнитные генераторы
В 1951—1952 годах Сахаров предложил использовать энергию сходящегося взрыва (имплозии, кумуляции) для получения сверхсильных магнитных полей и сверхсильных токов. Идея, опять же, очень проста и основана на быстрой деформации взрывом токонесущих контуров. Например, полая цилиндрическая обмотка (соленоид) с магнитным полем вдоль оси цилиндра обкладывается снаружи взрывчаткой, подрыв которой схлопывает цилиндр. Уменьшение поперечного сечения цилиндра влечёт по закону Гаусса сохранения магнитного потока пропорциональное увеличение магнитного поля в нём. Таким образом достигались импульсные магнитные поля в миллионы Гаусс. Были разработаны два типа взрывомагнитных генераторов МК-1 (сжатие аксиального магнитного поля) и МК-2 (вытеснение магнитного поля из соленоида и последующее его сжатие стенками коаксиала). Разрешение на публикацию работ об этих исследованиях было получено через 13 лет после их начала.[30]
Аналогичные исследования независимо велись в США: в Лос-Аламосе, в Ливерморской национальной лаборатории и в Сандии. Поскольку все эти исследования — и в СССР и в США — были связаны с разработкой ядерного оружия, то и открытые о них публикации были ограничены. Эксперименты по получению магнитных полей, превосходящих 10 миллионов Гаусс, впервые были опубликованы одним из основоположников магнитной кумуляции М. Фаулером с сотрудниками в 1960 году.
В Арзамасе-16 (ВНИИЭФ) в этом направлении работал научный коллектив под руководством А.И. Павловского, Р.З. Людаева и В.К. Чернышёва. Основная задача этих исследований первоначально была оборонная, а также попытка получения управляемого термоядерного синтеза, однако, есть множество других направлений мирного, чисто научного применения магнитной кумуляции. Вот как пишет об этом Александр Иванович Павловский в комментарии в Собрании научных трудов Сахарова:
Рождение идеи магнитной кумуляции и изобретение генераторов МК-1 и МК-2 были связаны с поисками решений проблемы импульсного управляемого термоядерного синтеза и актуальной в то время задачи — перевода малых масс (100 г.) активного вещества в надкритическое состояние (ядерный взрыв малой мощности)… А.Д. Сахаровым было показано, что концентрация магнитной энергии в малом объёме, необходимая для достижения высокой плотности активного вещества, связана с меньшими потерями энергии, чем при чисто газодинамическом способе… В дальнейшем с ним обсуждалась возможность использования такой системы для сжатия предварительно нагретой плазмы с целью достижения условий термоядерного синтеза.
Следует отметить, что А.Д. Сахаров особенно серьёзное внимание уделял возможности применения магнитной кумуляции энергии для создания мощных ускорителей элементарных частиц на высокие энергии. Он считал это одним из наиболее фундаментальных научных применений. Несмотря на то, что грандиозность проектов ускорителей возрастала в процессе их рассмотрения, до последних лет его не оставляла мысль о реализации такой возможности…
Магнитная кумуляция энергии, вне зависимости от осуществления грандиозных проектов ускорителей элементарных частиц, оказалась полезной в различных областях исследований. В настоящее время нет альтернативы взрывному способу генерации сверхсильных магнитных полей. Относительно большие объёмы, в которых они реализуются, позволяют сочетать сверхсильные магнитные поля, высокие давления и сверхнизкие температуры. В десятимегаэрстедном диапазоне магнитных полей изучаются магнитооптические эффекты, уравнения состояния изэентропически сжатых веществ при мегабарных давлениях, свойства твёрдого водорода при высокой плотности сжатия, проводятся прямые измерения критического поля высокотемпературных керамических сверхпроводников и ряд других исследований…".[31]
Это направление продолжает бурно развиваться. Начиная с 1979 года регулярно проводятся Международные конференции по генерации мегагауссных магнитных полей и родственным экспериментам. Двенадцатая конференция — "Megagauss-XII" прошла в 2008 году в Новосибирском Академгородке.[32] Международный программный комитет принял решение провести конференцию "Megagauss-XIII" в Китае в 2010 году, а конференцию "Megagauss-XIV" в США в 2012 году.