В общем, не так плохо.
Сегодня главное внимание физиков-термоядерщиков сосредоточено на токамаках как на наиболее перспективных установках. Но это вовсе не значит, что для осуществления управляемого термоядерного синтеза нет других путей.
Сейчас в нашей стране создан токамак-15. В нем плазма объемом в 23 кубометра будет нагрета уже до 70-80 миллионов градусов. И главный параметр удержания этого беспокойного детища современной физики совсем немного не дотянет до критерия Лоусона.
Еще ближе к заветному критерию предполагают подойти ученые объединения «Евратом» на строящемся токамаке «ДЖЕТ». Здесь объем высокотемпературной дейтериевой плазмы будет около двухсот кубических метров. По своим параметрам плазма должна выйти на рубеж реакторной. Таким образом, физики мира собираются продемонстрировать получение реакторной плазмы, а затем передать дело в руки инженеров.
Советские специалисты полагают, " что первые практические термоядерные генераторы должны использовать обмотки из сверхпроводников. Это сразу же снизит колоссальные затраты энергии на поддерживание магнитного поля, удерживающего плазму. Здесь нужно иметь в виду, что при работе токамак потребляет столь-. ко же электричества, сколько хватило бы на жизнь целому городу. Так что экономия — дело не лишнее.
Опыт работы с такими обмотками имеется. Магнитная система токамака-7 была выполнена с использованием сверхпроводников. Учитывая всемирную заинтересованность в решении проблемы управляемого термоядерного синтеза, Советский Союз предложил построить интернациональный термоядерный реактор «Интор». Его проект разрабатывается международной группой ученых и инженеров и уже прошел международное обсуждение. Предстоит решить, позволит ли политическая обстановка в мире осуществить задуманное.
А теперь еще раз подведем итоги;
1. Что такое термояд?
Управляемый термоядерный синтез, основанный на реакциях перестройки атомных ядер с большим энергетическим выходом.
2. Что нужно сделать, чтобы зажечь в плазме огонь термояда?
Нагреть до звездных температур, сжать до необходимой плотности, обеспечив критерий Лоусона.
3. Что такое критерий Лоусона?
Произведение времени удержания высокотемпературной плазмы на плотность ее частиц. Если это произведение превышает 1Е14 с*см-3, то выделяющаяся управляемым термоядерным синтезом энергия больше подводимой к системе.
4. Что такое токамак?
Тороидальная камера с магнитным полем — семейство советских тороидальных магнитных ловушек для получения контролируемой термоядерной реакции в высокотемпературной плазме. Слово «токамак», как и слово «спутник», принято во всех языках мира.
5. Когда физики получат термоядерную энергию?
…
Какой видится завтрашняя энергетика сегодня? Пожалуй, я бы разделил все имеющиеся способы получения электрической энергии на две большие группы. Поскольку наша книга не является специализированным руководством по энерготехнике, думаю, такая вольность допустима. К первой группе можно отнести, так сказать, электрическую энергию рукотворную. Тут и ГЭС, и ТЭС, и АЭС, тут термояд, МГД-генераторы, термоэлектрогенераторы, термоэмиссионные преобразователи и топливные элементы. Ко второй — энергию, которую нам дарит природа: то есть гелиоэнергетика, энергия геотермальная, энергия ветра, волн и приливов.
Мы уже рассмотрели способы получения электрической энергий традиционным путем и даже познакомились с управляемым термоядерным синтезам. Теперь пора перейти к тому, что будет завтра. Давайте начнем с одного из главных способов получения энергии будущего — с МГД генератора.
Когда-то Фарадей заметил, что коль скоро в проводе, который движется между полюсами магнита, течет электрический ток, то оный же должен возникнуть и в потоке проводящей электричество жидкости, помещенной там же. Казалось бы ничего нового в том высказывании нет, но именно в нем заключена идея МГД-генератора.
Сначала суть: при сгорании органического топлива, к примеру природного газа, при достаточно высокой температуре (не менее 2500° С) газ сей должен, как мы с Вами уже знаем, перейти в состояние частично ионизованной плазмы, то есть стать электропроводным, Если же к потоку плазмы добавить какое-нибудь легко ионизирующееся вещество, ну хотя бы пары щелочных металлов — калия, натрия или цезия, то электропроводность низкотемпературной плазмы резко возрастет.
Теперь представьте себе, что мы стали продувать эту горячую проводящую плазму через достаточно мощное магнитное поле. В плазме тут же появился электрический ток. Если при этом к стенкам канала, по которому сквозь магнитное поле стремится поток плазмы, приделать электроды, замкнутые на внешнюю депь, то по цепи пойдет ток.
Ну что? Просто? В принципе работа МГД-генератора не отличается от работы генератора Фарадея классической схемы. Только в электромеханическом генераторе проводником служит обмотка ротора, а в МГД-генераторе — поток подогретой плазмы. Электрический ток в плазме, взаимодействуя с магнитным полем, тормозит движение плазмы. И её кинетическая энергия превращается в тепловую. Конечно, все не так просто в реализации, как в идее. Газ приходится подогревать, то есть сжигать. А это та же ТЭЦ. Да еще добавлять в него металлические пары. А чтобы канал, по которому мчит струя плазмы в 2500° С, не развалился, его нужно делать, жаропрочным, как содао ракеты. Кроме того, отработанную плазму, сохраляюшую свою температуру, нужно тоже на что-то употребить. Хотя бы на подогрев пара для обычной турбины…
Э! — скажет экономически подкованный читатель. Чем она, плазма, лучше обычного топлива в ТЭЦ?
Не нужно торопиться. Какой КПД у самих лучших ТЭЦ? Не более 40 процентов, остальные 60 — летят в трубу, нагреаая и обильно засоряя атмосферу, МГД-установки позволят 25 процентов от этих шестидесяти, выбрасываемых в трубу, сэкономить. Это сейчас — 25, а в будущем, может быть, и 50 процентов." Более того, магнито-гадродинамическое преобразование энергии сможет применяться и в ядерной энергетике, поскольку позволит исключить паровой котел как промежуточное звено, а следовательно, и повысить КПД,
Пока, конечно, на пути к МГД-генератору взяты еще не все карьеры. Непонятно, из чего делать канал для пляамы. Тут дело упирается в надежность материалов. Кроме того, нужно создавать на всем протяжении плазменного канала, а это метров двадцать, магнитное поле очень большой интенсивности. Наконец, постоянный ток, получаемый от МГД-геяерагора, придется преобразовывать в переменный.
Но кое-какие успехи на этом пути уже имеются. Несколько лет назад жителя московского района Ховрино стали получать электроэнергию не от городской линии электроснабжения, а от расположенного неподалеку Института высоких температур АН СССР. Это заработала пока единственная на всей Земле установка У-25 мощностью 20 мегаватт для магнитогидродинамического преобразования энергии. А москвичи между тем этого события-то и не заметили.
Недавно МГД-генератору нашли новое и совершенно необЫчное применение. Его использовали для глубинного эяектремагнитного зондирования земной коры и верхней мантаи, Сначала с помощью передвижного генератора геологи экспериментировала на Урале, потом установку перевезли на Кольский полуостров. На этом участие Балтийского щита на поверхность выходят древнейшие образования Земли, Именно здесь открываегся возможность наиболее полно изучить строение кристаллического фундамента, скрытого обычно под осадочными породами.
Года два тому назад мне довелось побывать на Кольской сверхглубокой скважине, которую вот уже не один год бурят неподалеку от города Заполярного. Это самая глубокая скважина в мире — двенадцать с лишним километров. Еще когда буровики вышли только на десятикилометровый рубеж, министр геологии, рассказывая о научных достижениях Кольской сверхглубокой, образно говорил о «десяти тысячах метров открытий». И вот теперь у геологов появилась возможность сравнить результаты МГД-зондирования с кернами, добытыми буровиками с разных горизонтов.
Глубинное электромагнитное зондирование земной коры и верхней мантии в принципе метод не новый. Но раньше как у нас, так и за рубежом, использовались главным образом естественные источники электромагнитного поля. Чаще всего вариации магнитного поля Земли, которые возникают в результате взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой и ионосферой нашей планеты в царстве полярных сияний, то есть на высотах 100-200 километров. Эти вариации возбуждали в теле планеты вторичные поля, которые, проникая на десятки и даже сотни километров в глубину, приносили оттуда информацию о строении недр. Это так называемые магнитотеллурические методы геофизических исследований. Непростое дело. Лучше, конечно, иметь дело с искусственными источниками тока. Некоторое время так и делали. Устанавливали на автомобилях генераторы, которые позволяли зондировать землю до глубин в несколько километров. Мало!
Лишь когда по инициативе Института атомной энергии имени И.В. Курчатова в геоэлектрику стали внедрять мощные импульсные МГД-генераторы, в описываемых методах наметился существенный поворот.
Научный эксперимент «Хибины», проведенный на Кольском полуострове, в Северной Карелии и на территории Финляндии, позволил по-новому подойти к проблеме исследования глубинной электропроводности земной коры. Геофизики сделали немало новых интересных открытий, перечеркнули некоторые прежние представления. Перед геологами открылась новая перспектива в исследованиях глубинного строения рудных полей.

Работает термоэлектричество
В 1821 году немецкий врач Томас Иоганн Зеебек состоятельный человек, не утруждающий себя медицинской практикой, а отдающий время физическим опытам, случайно открыл удивительное явление. Он воспроизводил опыты Эрстеда и, размышляя о результатах подумал: «Не мог ли магнетизм, возбуждаемый током родиться из прямого соприкосновения двух разнородных металлов без помощи слоя жидкости между ними?» Эта мысль, пришла в голову герру Зеебеку не без помощи описаний опытов Вольты. Он замкнул медную катушку мультипликатора висмутовым диском и заметил, что каждый раз, когда нажимает рукой на один из контактов, стрелка мультипликатора слегка отклоняется.
Опыт за опытом, серия за серией… Зеебек нажимал на контакты через мокрую бумагу, через стекло, нажимал короткое время, нажимал долго… В конце концов, он убедился, что эффект обусловлен нагреванием одного из контактов. И тогда он опубликовал результаты исследования, написав, «что теплота, которая сильнее передается одному из мест контакта металлов является причиной магнетизма». Обратите внимание — «магнетизма», а не электричества. Исходя из этих соображений, Зеебек назвал открытое им явление «термомагнетизмом».
Эрстед и Фурье, повторившие в 1823 году опыты Зеебека, собрали столбик из нескольких пар контактов, произвели с помощью полученного тока электролиз и предложили назвать новое явление, открытое Зеебеком, «термоэлектричеством». Зеебек долго и упрямо спорил, возражая против такой замены. Но целесообразность предложенного была столь очевидной что никто его не слушал. Термоэлементы получили широкое распространение, так как давали постоянную ЭДС.
Если составить электрическую цепь из последовательно соединенных различных материалов, сегодня это обычно полупроводники, то получится термоэлектрический генератор. Как и МГД-генератор, он самым непосредственным путем преобразует тепловую энергию в электрическую, и его коэффициент полезного действия ограничивается вторым началом термодинамики.
Сегодня — термоэлектрические генераторы находят некоторое применение в различных системах, но они маломощны и пока дорога, КПД их невелик.
Термоэмиссионные преобразователи основаны на явлении термоэлектронной эмиссии. ЭтО явление заключается в том, что нагретые тела испускают в результате теплового возбуждения электроны в окружающее пространство. Явление термоэлектронной эмиссии можно рассматривать как испарение электронов из эмиттepa. И на этом эффекте была основана работа электронных ламп — целой эпохи в развитии радиосвязи.
Термоэлектронные генераторы, или термоэлектронные преобразователи, работают так: в вакуум помещают два электрода. Один — эмиттер подогревают, другой — коллектор — охлаждают." Если эмиттер с коллектором соединены внешней электрической цепью, то по ней потечет ток. Таким образом, ТЭГ или ТЭП также преобразуют непосрдственно тепловую энергию в электрическую, минуя ступень механической энергии. И их КПД должен также ограничиваться вторым законом термодинамики.
К сожалению, пока еще не удалось получить термоэлектронные преобразователи с достаточно хорошими технико-экономическими показателями. Сейчас они применяются в маломощных автономных системах, хотя работы по улучшению их показателей, ведутся во многих научных подразделениях мира с большой интенсивностью и высокими темпами.
Топливные элементы часто называют электрохимическими генераторами — ЭХТ. В них осуществляется прямое преобразование химической энергий в электрическую. Основными частями топливного элемента являются анод, катод, электролит и органы управления. А делятся они на высокотемпературные, средне — и низкотемпературные. Принцип их работы заключается в следующем: представьте себе, что реакция горения водорода в атмосфере кислорода разделена на два процесса; в одном из них участвует водород, в другом — . кислород.
Эта идея возникла еще в прошлом веке. Все дело заключалось в создании подходящей конструкции. Водород, попадая на металлический электрод, переходит в атомарное состояние. При этом электроны, заряжая электрод отрицательно, уходят в металл, а ядра атомов — в раствор электролита. Примерно такой же процесс происходит и на втором электроде, на который подается кислород. Только здесь накапливается положительный заряд.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37