Владимир Карцев - Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)
отца, склонность к занятиям искусством, прекрасные каменоломни по соседству,
наконец, большой спрос на могильные памятники.
Дом, где жил Френсис, был выстроен по проекту отца. Вся жилая площадь и двор с
фонтанами и конюшнями (Френсис любил лошадей) были отгорожены от улицы высокой
стеной.
В 1909 г. семья переехала в Нью-Йорк. Впоследствии в своей книге "Магниты: курс
для физиков" Биттер вспоминал: "Жизнь в нашей нью-йоркской студии была
сравнительно размеренной. Жизнь детей подчинена строжайшему режиму. Мы изучали
три языка: немецкий — с родителями, французский — с гувернанткой и английский —
в школе. Уроки фортепьяно, танцев, посещение Музея естественной истории в
дождливые дни, чтение "полезных" книг по воскресеньям — так проходила наша
жизнь, пока я не был отослан двенадцати лет в школу". В это время погиб в такси,
потерявшем управление, его отец, и мать тяжело переживала это несчастье.
"В моем образовании наука отсутствовала вообще, — писал Биттер, — хотя мы
проходили восхитительные курсы алгебры и геометрии, которые я любил больше
всего. Эти предметы легко давались мне, и, если я правильно вспоминаю, я был
одним из лучших учеников в классе. Доказать теорему, исходя из постулатов, или
решить уравнение — это было для меня волнующим переживанием, куда более
интересным, чем латынь, история, английский и география".
Под влиянием дяди, профессора Чикагского университета, Биттер поступил в 1919 г.
в это учебное заведение. Он еще не интересовался наукой, но считался одним из
лучших студентов, во всяком случае, одним из наиболее способных. Вершиной его
активности в студенческие годы стала отнюдь не научная работа, а организация для
своих однокашников дешевой поездки в Европу на судне-скотовозе. И тут, в Вене,
он впервые увлекся работами Эйнштейна и его теорией относительности.
В Чикагский университет Биттер не вернулся. Его привлек теперь Колумбийский
университет, где он стал единственным студентом, избравшим для изучения небесную
механику, учитывающую релятивистские эффекты. Интерес к этим проблемам Биттер
сохранил на всю жизнь. Одна из его первых публичных лекций была посвящена теории
относительности, преобразованиям Лоренца.
В 1925 г. он стал бакалавром и поехал в Берлин доучиваться: "Я слушал много
известнейших лекторов. Я слушал Макса Планка, отца квантовой теории; Макса фон
Лауэ, который открыл рассеяние рентгеновских лучей в кристаллах; Альберта
Эйнштейна. Я помню коллоквиум, на котором впервые было сообщено о волновой
механике Эрвина Шредингера. Я ехал обратно в метро уже поздно ночью, когда
внезапно заметил, что в вагон вслед за мной вошел Эйнштейн. Хотя я не был ему
представлен формально, он, видимо, сразу узнал меня по коллоквиуму, так как
сразу начал: "Слушайте, что Вы об этом думаете? В какое чудесное время мы
живем!".
Возможно, именно эта встреча и определила научные интересы Биттера. Для начала
он купил двухтомную "Теорию электричества и магнетизма" и проштудировал ее от
корки до корки.
В 1926 г. Биттер уже заканчивал докторскую диссертацию в Колумбийском
университете, когда выяснилось, что тема диссертации была уже кем-то ранее
досконально разработана. "И когда я бессмысленно шлялся по коридорам, мысленно
взвешивал, какая другая тема могла бы потянуть на настоящее исследование, мой
взгляд упал на внушительного вида магнит в одной из пустых лабораторий…", -
писал впоследствии Биттер. Так один из наиболее знаменитых ученых-"магнитчиков"
наших дней обратился к магниту.
На выбор Биттером научного направления оказал огромное влияние его визит в
Кембридж, в магнитную лабораторию П.Л.Капицы. Однако это было только толчком.
Биттер пошел своим путем в направлении создания не импульсных магнитов, а
магнитов, предназначенных для длительной работы.
Во время войны Биттер обезвреживал магнитные мины, разбрасываемые немецкими
самолетами-амфибиями вблизи английских портов. Это было необычное время для
Биттера. Он жил в скромном "маленьком частном домике" на Арлингтонской улице в
Александрии, близ Вашингтона, в атмосфере строгой секретности. Лишь в
послевоенные годы Биттер стал заниматься "мегагауссной" тематикой — проектировал
сверхсильные магниты.
В 1965 г. он перенес тяжелую операцию, и врачи не могли сказать ничего
утешительного. Однако он не сдался и продолжал работать, но уже над мощными
разрядными импульсными магнитами. 26 июля 1967 г. Биттер скончался, а 21 ноября
1967 г. главная магнитная лаборатория США — Национальная магнитная лаборатория —
была названа его именем.
В 30-е годы Биттеру для исследования тонких магнитных явлений в газах
потребовалось сильное магнитное поле — примерно 10 Тл. Необходимо было в
короткий срок создать магнит, который мог бы в течение длительного времени
(несколько часов) обеспечить исследователю это грандиозное поле, в 200 тыс. раз
превышающее магнитное поле Земли.
Перед тем как приняться за решение этой задачи, Биттер изучил все, что было до
него сделано в области сильных магнитных полей.
В это время уже работали очень мощные электромагниты в Белль-Ви, близ Парижа
(поле до 9 Тл), в Упсальском университете в Швеции (до 7 Тл). Это были громадные
сооружения со стальным магнитопроводом и ярмом, классические магниты массой
несколько десятков тонн. Нечего было и думать о том, чтобы создать магнитное
поле 10 Тл с помощью электромагнита со стальным сердечником, хотя теоретически
легко показать, что несмотря на "насыщение" в магнитных системах со сталью можно
получить сколь угодно большое поле. Бесконечное поле будет в том случае, если
вся Вселенная, за исключением точки, в которой создается магнитное поле, будет
заполнена намагниченным железом…
Биттер прекрасно понимал, что для достижения поля 10 Тл ему придется заполнить
насыщенным железом если не Вселенную, то уж во всяком случае свою лабораторию.
Вариант с железным сердечником не подходил. Пришлось взяться за изобретенный
французскими учеными Араго и Ампером электромагнит без стального сердечника,
позже названный соленоидом. Он представляет собой спираль, обтекаемую
электрическим током. Неприятности, которые подстерегали ученых на этом пути,
были сформулированы французским электротехником Фабри в виде формулы — "формулы
Фабри", опубликованной в журнале "Электрическое освещение" за 1898 г.
О чем говорит формула? Об очень грустных вещах: если вы хотите увеличить
магнитное поле, например, в 10 раз, извольте увеличить электрическую мощность,
расходуемую в соленоиде, в 100 раз. Для достижения сильных магнитных полей
потребуются целые электростанции. Академику П.Л.Капице, уже в 1923…1927 гг.
получившему поле 50 Тл, не пришлось преодолевать эту трудность — он сумел
создать сильное поле, продолжающееся во времени, лишь одну тысячную долю
секунды. Но это не устраивало Биттера — ему нужны были стационарные поля. Выход
был один — нужно строить соленоид.
Биттер отправился на Бостонскую электростанцию. Ему удалось договориться с
руководством Эдисоновской электрической компании о том, что ночью, когда в
городе будет некоторая свободная электрическая мощность, Биттер будет питать
этой мощностью свое "прожорливое дитя". Магнит размером с автомобильное колесо
был установлен в одном из помещений электростанции. Когда его включили впервые в
1937 г., в зале случилось что-то невообразимое: мелкая железная пыль, опилки,
гвозди, болтики со всех концов помещения устремились к небольшому бронзовому
кожуху, к которому были подведены две мощные водопроводные трубы. По ним
подавалась охлаждающая вода из теплообменника, который омывался водой из реки,
протекающей поблизости. Роль этих труб очень большая. Если бы к магниту не
подавалась охлаждающая вода со скоростью 50 л/с, то магнит мгновенно бы сгорел.
Потребляемая мощность магнита примерно равна 1700 кВт, или 1,7 МВт. Вся эта
мощность выделялась в виде тепла, которое необходимо было тут же отводить во
избежание повышения температуры магнита.
Конструкция Биттера оказалась настолько удачной, что до сих пор соленоиды,
построенные по этому принципу, называют биттеровскими. Оригинальный биттеровский
соленоид, с помощью которого впервые в течение длительного времени было получено
магнитное поле 10 Тл, представлял собой штампованные медные диски с 600
