[croptalk] Слоны идут на Юпитер (5)
СЕРИЯ ПЯТАЯ, "МАГНИТОФРЕНИЯ"
Итак, мы возвращаемся к далёкому и загадочному Юпитеру, где в океане
жидкого водорода несёт своё боевое дежурство непотопляемая субмарина
галактического класса с вертикальным взлётом "Страж Небес".
В этой серии мы остановимся на главе 41, в которой описано устройство
корабля. У кого нет под рукой книги, может воспользоваться электронным
вариантом этой главы: http://istina.babikov.com/txt/glava_41.html
В прошлый раз мы с интересом рассматривали поперечный разрез корабля
http://istina.babikov.com/txt/298.jpg и заинтересовались синим слоем,
который оказался свинцовой биологической защитой. Давайте теперь
обратим внимание на внешнее утолщение корпуса - на картинке справа от
кольцевого ядерного реактора. Что это такое? Оказывается, катушка
защитной линзы магнитного поля, предохраняющая корабль от космической
радиации. На стр. 295 читаем:
"Магнитная линза защищает людей от губительного действия излучений
Вселенной, так как 80-мм обшивка корабля от них спасти не может -
слишком мал коэффициент ослабления, а возить 900 мм свинца
биологической защиты по всему корпусу неразумно. Размеры
собственной магнитосферы корабля - несколько тысяч километров,
подобно магнитосфере планеты. Она генерируется изолированной
обмоткой, расположенной на внешней поверхности обшивки корабля, в
районе силовой установки. Напряжение питания обмотки около 1600
вольт, частота тока 10^5 Гц. Обмотка имеет 8000 витков
изолированного медного провода диаметром 4 мм, навитого в четыре
слоя. Внутренние помещения корабля экранированы от наружного
магнитного поля обшивкой: ее просто замкнули на одну из обмоток
генератора. Сейчас изоляция уже старая, на нее можно подавать
только 6% рабочего напряжения, т.е. только 95 вольт."
Замечательно. Конструкторам корабля "Страж Небес" есть чем гордиться:
элементарные расчёты показывают, что в проводе из электротехнической
меди с удельным сопротивлением (1.6-1.8)*10^(-8) Ом*м под напряжением
1.6 кВ должен течь ток порядка 100 ампер, т.е. интегральный кольцевой
ток получается 800 кА. Не сомневайтесь, читатель, этот ток способен
создать действительно мощное магнитное поле! А также массу проблем
экипажу, который, к тому же, останется незащищённым. :-)
Прежде всего, словосочетание "частота тока" для всех нормальных людей
означает, что речь идёт о переменном токе. Иначе вообще не было бы
никакого смысла указывать эту самую частоту, равную 10^5 Гц.
Более того, как мы увидим далее, любые пульсации тока в катушке для
корабля противопоказаны. Итак, для начала будем считать, что ток
переменный, или по крайней мере имеет непостоянную компоненту.
Например, синусоидальный, как в бытовой розетке, соответственно,
напряжённость поля также меняется по синусоиде, и два раза за период
становится близкой к нулю. В момент зануления поле никак не защищает
корабль. Почему?
Давайте рассмотрим механизм защитного действия поля. Следует сразу
отметить, что магнитное поле оказывает влияние только на заряженные
частицы, от нейтральных же оно не защищает никак. Итак, на заряд q,
движущийся в магнитном поле В со скоростью V, действует сила Лоренца
F = q [V x B]. Направление вектора этой силы перпендикулярно вектору
напряжённости поля, поэтому продольная относительно вектора поля
компонента скорости сохраняется, а в поперечной к вектору B проекции
происходит движение по окружности. В однородном поле это отвечает
движению по спирали с постоянным шагом. В неоднородном поле качественно
движение можно описать так: частица движется по спирали, которая
"навивается" на силовую линию магнитного поля. При этом в сильном поле
радиус и шаг спирали меньше, чем в слабом поле. Кроме того, сгущение
силовых линий поля может действовать как зеркало: при достаточной
напряжённости поля частица приближается по "сжимающейся" спиральной
траектории к сгустку силовых линий, делает один-два оборота и вылетает
обратно, описывая раскручивающуюся спираль.
Этих качественных соображений достаточно, чтобы понять механизм
защитного действия магнитного поля, которым обладает, в частности,
наша планета Земля. Частица, попав в поле, закручивается и уходит
по спиральной траектории к одному из полюсов. В зависимости от энергии
и массы, частица либо отражается от полюса и возвращается обратно
в космос, либо доходит до атмосферы вблизи полюса, вызывая тем самым
полярное сияние. Иногда, с достаточно малой вероятностью, частица
теряет импульс из-за столкновений в околоземной атмосфере и излучения,
в результате она может оказаться в магнитной ловушке и двигаться
вокруг Земли, отражаясь от магнитных зеркал - полюсов. Так появляются
всем известные радиационные пояса планеты.
Таким образом, постоянное магнитное поле действительно защищает от
проникновения заряженных частиц, причём вблизи магнитных полюсов
концентрация частиц наиболее велика. Лучше всего защищаются
"экваториальные" по отношению к магнитному диполю области. Чем выше
напряжённость поля, тем выше степень защиты, то есть выше порог по
энергии, который должна преодолеть заряженная частица.
Теперь вернёмся к "Стражу Небес" и спросим: что заставило конструкторов
подать на катушку переменный ток, периодически "выключая" защитные
функции поля до нуля? У меня пока есть только одно объяснение: авторы
этой замечательной идеи совершенно не понимают механизма защиты
магнитного поля. Иными словами, они не учили в школе физику.
Теперь давайте обратим внимание на другую нелепость, связанную
с переменным током. На что намотана катушка? На металлический корпус.
Корпус, как известно, состоит из 60 секций, изготовленных из
железо-никелевого сплава и соединённых между собой сваркой.
На стр. 292 написано: "кроме герметичности и бездефектной структуры
шва нужно обеспечить гомогенность стыка 900-мм свинцовой
биологической защиты". Так что корпус корабля представляет собой тор,
который, разумеется, должен прекрасно проводить электрический ток.
Иными словами, система катушка-корпус является гигантским
трансформатором с передаточным отношением 8000 к 1. Что происходит,
когда одна обмотка трансформатора замыкается накоротко? Думаю, ответ
очевиден: вся энергия магнитного поля выделяется на этой обмотке
в виде тепла. Кто не видел сгоревший от межвиткового замыкания
бытовой трансформатор, или дугу электрической сварки? В дуге просто
выделяется больше тепла, чем в проводе, по причине более высокого
сопротивления дуги.
Здесь мне хочется сделать лирическое отступление. Много, очень много
людей читали произведение Юрия Анатольевича Бабикова. Среди них, как
показывает дискуссия на forum.babikov.com, есть и физики, и кандидаты
наук, и даже автомобильные электромеханики, которым устройство
трансформатора должно быть прекрасно известно. Неужели они все, читая
"Мировоззрение", не замечали эту НЕВЕРОЯТНУЮ НЕЛЕПОСТЬ в конструкции
корабля? Какова причина такой ПОТРЯСАЮЩЕЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ СЛЕПОТЫ?
Поистине, нет предела человеческой наивности...
Но давайте вернёмся к трансформатору. Есть ли сомнения в том, что
вторичная обмотка-корпус будет эффективным проводником? Если кому-то
ещё кажется, что ток в обмотке будет малый, например, из-за большого
сопротивления, предлагаю сравнить цифры: суммарное сечение медного
провода катушки - всего лишь 0.315 м^2, а сечение металлического
корпуса - 17.2 м^2! Прописью: семнадцать квадратных метров, как
комната. Сечение слоя "тщательно состыкованной свинцовой защиты" -
106 м^2, сто шесть квадратных метров, как 3-комнатная квартира!
Представьте себе два кольца: стальное сечением 4x4 метра и свинцовое
сечением 10x10 метров. Десять метров - высота 3-этажного дома!
Надо ли приводить величины объёмного сопротивления стали и свинца?
Каждый желающий может их найти и оценить величину тока самостоятельно.
Семяса, кстати, ясно сказал, что обшивку "замкнули на одну из обмоток
генератора". Зачем замыкать на то, что не является проводником? :)
И говорится о корпусе целиком, как о едином проводнике. То что
практически вся подаваемая на катушку мощность выделится в виде тепла
на корпусе - совершенно очевидно. Но это только одна сторона медали.
Другая заключается в том, что индуцированный в корпусе ток будет
течь в противоположном направлении, и его магнитное поле скомпенсирует
магнитное поле катушки! То есть НИКАКОЙ ЗАЩИТЫ НЕ БУДЕТ ВООБЩЕ.
Дипольная компонента потенциала уменьшится в несколько тысяч раз,
а оставшиеся квадрупольные вклады, исчезающие на расстоянии
100-200 метров от корабля, ни от чего защитить не смогут.
Несомненно, после публикации этой серии защитники Бабикова бросятся
доказывать, что корпус имел изоляционные вставки, что я придираюсь
к словам из книги и т.д. Не будем сейчас тратить время на пустые споры.
Давайте лучше рассмотрим другие эффекты, связанные с изменением тока.
Они независимы, так что можно пока отвлечься от "короткого замыкания".
Вспомните, как гудит бытовой трансформатор. Это "жжж" неспроста...
В бытовых трансформаторах вибрация связана с тем, что парамагнетики
(металлические элементы сердечника и корпуса) втягиваются в область
повышенного поля. Диамагнитные материалы, наоборот, выталкиваются.
Как должен вести себя корпус корабля в магнитном поле? Химический
состав указанный на стр. 337, близок к инварам - семейству сплавов
с низким коэффициентом теплового расширения, а приведённая в книге
температура плавления типична для инваров. Инвары - парамагнетики.
Для справки: начиная с 40% никеля сплавы относят уже к категории
пермаллоев - сталей, из которых делают сердечники электромагнитов.
Не странно ли, читатель, что конструкция "Стража Небес" удивительно
напоминает электромагнит? И пусть не смущает то, что "нержавейку"
мы привыкли считать немагнитящимся сплавом. Наша, земная нержавейка
имеет совсем не такой состав - она легирована хромом, а не никелем,
но инвары действительно имеют повышенную коррозионную стойкость.
Итак, огромный монолитный сердечник, в который запущено ничем не
скомпенсированное магнитное поле. Причём поле неоднородное - вблизи
катушки сильное, на другой стороне тора - слабое. Вибрация будет
обязательно, это неизбежно, причём сильнее всего будут подвержена
этой вибрации зона вблизи реактора. Команда будет облучаться
ультразвуком с частотой 100 кГц.
Высокая частота приведёт к тому, что в вибрацию корпуса значительный
вклад будет давать не только парамагнетизм сплава, но ещё один эффект,
называемый магнистрикцией. Это свойство изменения линейных размеров
материала в магнитном поле. Никель - металл, у которого это свойство
выражено наиболее ярко, поэтому современные промышленные излучатели
ультразвука используют именно эффект магнитострикции никеля. Сплав
со столь высоким содержанием никеля будет прекрасным вибратором,
а кораблю и его экипажу от этого явно не поздоровится.
Для тех, кто не доверяет моим словам, могу дать ссылку на БСЭ:
http://www.oval.ru/enc/42487.html
"... в некоторых сплавах с малым коэффициентом теплового
расширения (инварных магнитных сплавах) М. велика."
В статье содержатся конкретные цифры, характеризующие магнистрикцию.
Между прочим, магнитострикция деталей конструкции используется в
авиационной технике, как элемент антиобледенительных систем.
На силовых элементах крыла с высоким содержанием никеля размещают
силовые катушки, на которые при необходимости подаётся ток с частотой
несколько десятков килогерц. От ультразвукового "удара" лёд
отделяется от крыла, и далее разрушается воздушным потоком.
Конечно, такая система не является основной, но помогает при полёте
в сложных погодных условиях.
Думаю, сторонники Ю.А.Бабикова уже кипят негодованием и готовы
доказывать, что Семяса говорил не о переменном токе, а о постоянном.
В крайнем случае - импульсном, с частотой пульсаций 100 кГц. Хорошо,
линейность уравнений электродинамики позволяет нам рассматривать
построянные и переменные компоненты тока совершенно независимо. :)
Так что резюмируем тот факт, что любые пульсации тока в обмотке
кораблю противопоказаны, и перейдём к постоянной компоненте.
Обратим внимание на то, что катушка намотана узенькой ленточкой
на одной стороне корпуса. Поле с внутренней стороны катушки входит
в металлический корпус-сердечник. Магнитная проницаемость
железо-никелевых сплавов колеблется от 8000 до 250,000. Чем выше
проницаемость, тем активнее материал "втягивает" в себя силовые
линии магнитного поля. Материал с высокой проницаемостью может служить
защитой от внешних магнитных полей, ослабляя их интенсивность в
несколько тысяч раз.
Давайте подумаем, как должны выглядеть силовые линии магнитного
поля электромагнита с сердечником, проницаемость которого составляет
хотя бы 8000 единиц? Очень просто: линии будут входить в один торец
сердечника и выходить из другого. А что нарисовано на стр. 294?
http://istina.babikov.com/txt/294.gif
Совершенно иное: силовые линии магнитного поля закручиваются вокруг
корпуса, как будто это идеальный диамагнетик. Как же так, ведь
оболочка корпуса состоит из железо-никелевого сплава?!
По-видимому, фантазёр, придумавший катушку "Стража Небес", не видел
даже иллюстраций к детским книжкам, изображающим электромагниты. :)
Других версий мне придумать не удалось. Даже не знаю, что здесь могут
возразить сторонники Ю.А.Бабикова. Возможно, они будут говорить,
что на самом деле этот железо-никелевый сплав из-за каких-то там
микроскопических добавок нобелия-258 является диамагнетиком. Тогда
им придётся признать, что магнитное поле катушки свободно проникает
внутрь корабля, и вся команда живёт в мощнейшем "защитном" поле.
Как люди могут не облысеть при этом за неделю - мне непонятно.
Впрочем, у нас же есть традиция изображать инопланетян лысыми... :)
Хорошо, что если неправильной является картинка, а силовые линии поля
входят в торцы тора? Тогда эти линии замечательно приводят к кораблю
заряженные частицы, энергия которых достаточно велика. Причём что
характерно, с увеличением скорости корабля доля частиц, летящих вдоль
оси тора, должна возрастать - а именно в этом направлении защита наименее
эффективна! Вот такое противоречие: если магнитная проницаемость
материала корпуса велика - получается плохая защита от радиации космоса,
если проницаемость мала - выходит плохая защита от своего же магнитного
поля. Конструкторы корабля сами себя загнали в тупик.
Отмечу, что если бы действительно надо было защитить корабль, то катушку
следовало бы навивать совершенно иначе: уложить провода по всем четырём
поверхностям тора, так чтобы силовые линии результирующего поля
"обвивали" корабль, ни в коем случае не входя в обшивку. Конструкторам
пришлось бы очень постараться, чтобы минимизировать напряжённость поля
на поверхности обшивки, возможно, удалив обмотку от корпуса и укладывая
провода с разным шагом, а также подавая на них различное напряжение.
И ни в коем случае не следовало бы питать катушку переменным током,
а уж тем более укладывать её послойно...
Напоследок я хочу ешё раз вернуться к поистине удивительной фразе
из описания катушки: "Внутренние помещения корабля экранированы от
наружного магнитного поля обшивкой: ее просто замкнули на одну из обмоток
генератора". То есть, по словам Семясы, гальваническое замыкание
сердечника на обмотку предохраняет от МАГНИТНОГО поля. Нет, я даже
не знаю, каким словом это назвать... Наверное, "магнитофрения". :)
Причём требующая принудительного лечения курсом общей физики.
( Продолжение следует )