🐸 Живая лягушка левитирует в магнитном поле ~16 Тесла

Это один из самых наглядных экспериментов в физике, демонстрирующий силу диамагнетизма. Речь идет об опыте, который поставил Андрей Гейм (будущий нобелевский лауреат за графен) и его коллеги. В отличие от жидкого кислорода, который является парамагнетиком и втягивается в магнитное поле, лягушка (как и все живые организмы, состоящие в основном из воды) является диамагнетиком и из него выталкивается. На видео живая, абсолютно невредимая лягушка. Сообщается, что она не испытывала дискомфорта, а ощущения были похожи на плавание в воде.

Использовался очень мощный соленоид Биттера в лаборатории сильных магнитных полей Неймегена (Нидерланды). Он создавал поле с индукцией около 16 Тесла (для сравнения, поле обычного магнита на холодильник примерно в 800 раз слабее). Лягушку помещали в вертикальное отверстие (диаметром около 32 мм) внутри работающего соленоида. Под действием силы диамагнитного выталкивания, направленной вверх и уравновешивающей силу тяжести, она начинала свободно парить.

Когда диамагнетики (вода) попадают во внешнее поле, в их атомах индуцируются слабые круговые токи, которые создают поле, направленное строго против внешнего. Из-за этого взаимодействия возникает сила отталкивания, стремящаяся вытолкнуть предмет из области сильного поля. У большинства материалов, как у воды, этот эффект невероятно слаб. Чтобы заставить диамагнетик взлететь, сила отталкивания должна превысить его вес. Именно для этого и нужно поле в 16 Тесла — чтобы крошечный эффект, присущий каждому атому лягушки, в сумме смог преодолеть гравитацию.

🔵 Интересный нюанс: Вы могли слышать про теорему Ирншоу, которая утверждает, что стабильная левитация объекта только с помощью постоянных магнитов невозможна. Но диамагнетизм — это индуцированный магнетизм, который меняется в зависимости от поля, поэтому эта теорема здесь не работает.

Этот опыт стал знаменитым не только из-за своей необычности. Он отлично иллюстрирует "философию пятничных вечеров" в науке, когда исследователи делают что-то из чистого любопытства. Андрей Гейм, поставивший этот эксперимент, спустя 4 года получил Нобелевскую премию за создание графена. Сам же принцип диамагнитной левитации используется в более серьезных задачах, например, для удержания сверхпроводников в магнитном поле (эффект Мейснера) или для создания "магнитной Архимедовой силы" для разделения материалов. Это действительно удивительное видео, которое показывает, что магниты могут взаимодействовать абсолютно со всеми веществами, просто для того, чтобы заметить этот эффект на знакомых нам предметах, нужны экстремальные условия.

☢️ Почему перезарядка ядерного реактора происходит в воде?

Представьте: где-то на атомной электростанции или атомном ледоколе отработавшее ядерное топливо меняют под водой. Не в сухом боксе, не в свинцовом контейнере, а в обычной (хоть и очень чистой) воде. На это есть две основные причины:

1. Радиационная защита. Отработанные тепловыделяющие сборки (ТВС) фонат так, что без защиты человек получает смертельную дозу за секунды. Вода — идеальный щит. Всего 1 метр воды ослабляет гамма-излучение в десятки раз, а 7 метров делают его почти безопасным.

2. Охлаждение. Свежеизвлеченное топливо бешено горячее (и радиоактивно, и буквально — несколько сотен градусов). Вытащи его на воздух — оно расплавится само себя и все вокруг. Вода забирает тепло.

⚛️ Насколько это может быть опасно?

Для оборудования: Процесс ювелирный. Одна ошибка — и можно повредить активную зону, что приведет к серьезной аварии. Поэтому всё автоматизировано и многократно страхуется.
Для персонала: Сама процедура (если работать дистанционно, манипуляторами) безопасна. Люди находятся на площадке обслуживания, над водой, за дополнительной защитой. Никто не плавает в бассейне с ТВС — это голливудский миф.

Если сборка разгерметизируется под водой, радиоактивные осколки могут выйти в бассейн. Воду тут же начнут чистить через ионообменные фильтры, но это ЧП.

Нельзя сложить несколько свежих сборок в неправильной геометрии — может возникнуть самоподдерживающаяся цепная реакция. В бассейне выдержки. Звучит как сценарий фильма-катастрофы. Именно поэтому все сборки хранят строго в решетках с поглотителями нейтронов.

Это высокотехнологичный, выверенный процесс, где вода служит одновременно и щитом, и холодильником. Опасность есть, но она жестко контролируется.

💦 Гидравлический удар (гидроудар) [1989] 💦

Гидравлический удар (гидроудар) — скачок давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, вызванный быстрым изменением скорости потока этой жидкости. Может возникать вследствие резкого закрытия или открытия задвижки. В первом случае гидроудар называют положительным, во втором — отрицательным. Особо опасен положительный гидроудар. При положительном гидроударе несжимаемую жидкость следует рассматривать как сжимаемую. Гидравлический удар способен вызывать образование продольных трещин в трубах, что может привести к их расколу, или повреждению других элементов трубопровода. Также гидроудары чрезвычайно опасны и для другого оборудования, такого как теплообменники, насосы и сосуды, работающие под давлением.
Гидроударом ошибочно называют следствие заполнения надпоршневого пространства в поршневом двигателе жидкостью, вследствие чего поршень, не дойдя до мёртвой точки, начинает сжимать жидкость, что приводит к внезапной остановке и поломке мотора (излому шатуна или штока, обрыву шпилек головки цилиндра, разрыву прокладки); явление это называется "попадание несжимаемого объекта в рабочий объём двигателя", как правило, не имеет значения была это жидкость или твердое тело — урон двигателю наносится весьма значительный в любом случае.