Люди поняли и сумели объяснить тысячи непонятных до того явлений в самых различных областях науки, а сверхпроводи^ мость все еще продолжала оставаться загадкой. А уж ее ли не пытались разгадать!..
Прежде всего следовало выяснить, только ли ртути присуще явление сверхпроводимости, или другие чистые металлы тоже им обладают? Камерлинг-Оннес испытал свинец и выяснил, что он тоже сверхпроводник. Потом список сверхпроводников сильно расширился, и исследователи перешли к сплавам и соединениям. Тут их ждали еще большие неожиданности. Возьмите, к примеру, ниобий. У этого металла сверхпроводимость начинается при охлаждении примерно до 9 К. А у соединения ниобия с азотом, материала куда хуже проводящего электрический ток, чем чистый металл, явление сверхпроводимости начинается гораздо раньше — примерно с 15 К.
Сегодня механизм сверхпроводимости тоже еще не до конца ясен. Во всяком случае, его изучение и в физике, и в технике занимает весьма видное место. Техническое применение явления сулит невероятные блага, но нужно найти сверхпроводники, существующие при нормальных температурах.
В 1973 году было обнаружено, что соединение ниобия с германием имеет критическую температуру, равную примерно 23 К. При этом соединение переходит в состояние сверхпроводника. Это весьма воодушевило исследователей. К сожалению, с тех пор сверхпроводники с более высокими значениями критической температуры получены больше не были. Вроде бы теория никаких принципиальных возражений против существования сверхпроводников и при обычной комнатной температуре не высказывает, а получить их не могут. Правда, некоторые видные физики-теоретики оптимистично предсказывают, что уж к 2001 году высокотемпературные сверхпроводники непременно будут созданы.
Пока теоретики заняты прогнозами, инженеры пытаются приспособить уже имеющиеся материалы для прикладных целей. Так, еще несколько десятилетий назад возникла мысль о создании электрического генератора со сверхпроводящими обмотками: что из того, что нет пока высокотемпературных сверхпроводников? Нужно строить генераторы с охлаждением. Действительно, если охладить обмотки, выполненные из «обычного» сверхпроводящего материала, жидким гелием, то они должны потерять сопротивление. А это означает повышение мощности. Криогенный генератор той же мощности, что и обычный, можно будет существенно уменьшить в размерах. Значит, предел, почти достигнутый сегодня для обычних генераторов по мощности отодвинется. Коэффициент полезного действия такой машины возрастет, и стоимость вырабатываемой электроэнергии уменьшится. Расчеты показывают, что крио-генераторы позволят поднять предел мощности для единичной машины почти вдвое.
Эксперименты в области применения сверхнизких температур во Всесоюзном научно-исследовательском институте электромашиностроения начались еще в 1962 году. Сначала был построен двигатель постоянного тока мощностью всего 3 кВт. Потом — модельный криотурбогенератор на 18 кВт. В конце 70-х годов на испытательный стенд встал экспериментальный криотурбогенератор мощностью 1200 кВт с самым большим в мире вращающимся криостатом. А в начале 1983 года специалисты института готовили под промышленную нагрузку криогенный генератор мощностью 20 тысяч кВт. Это была самая крупная машина среди аналогичных генераторов. Руководил коллективом академик И.А. Глебов.
Несмотря на то что принцип получения электрической энергии со времен Фарадея остался неизменным, современный генератор — это довольно сложная машина. Но криогенный генератор — сложен вдвойне. Голубой цилиндр соединен трубопроводами, шлангами и проводами со вспомогательной аппаратурой. Стоит на испытательном стенде ВНИИэлектромаша. Что в нем особенного, необычного? Прежде всего, ротор криогенного генератора по конструкции напоминает скорее стальной сосуд-криостат. В него непрерывно на ходу подается жидкий гелий. Медные шины обмотки пронизывают тысячи тончайших нитей-проводников из сверхпроводящего сплава. Они-то и обеспечивают основные преимущества новой машины. Вакуумные камеры-изоляторы сохраняют холод в генераторе. Испаряясь, гелий поступает в компрессор. Снова сжижается и возвращается в машину по замкнутому циклу. Обмотки статора охлаждаются жидким фреоном. Эта жидкость нам известна по бытовым холодильникам. Фреон одновременно выполняет и роль изолятора.
Обращает внимание то, что вокруг генератора много вспомогательной аппаратуры: тут резервуары с гелием и вакуумные насосы, компрессор и теплообменный агрегат — охладитель фреона… Неудивительно, что над созданием этой уникальной машины трудились коллективы не одного производственного объединения. Вместе с «Электросилой», Ижорским заводом и заводом «Красный выборжец» в создании всего комплекса криогенератора принимали участие московское научно-производственное объединение «Гелиймаш», ВНИИхолодмаш и другие организации.
Очень сложна новая современная техника. Порою закрадывается сомнение: а не понижается ли со сложностью конструкции и надежность? Специалисты уверяют: нет! Не снижается! Потому что одновременно растет совершенство технологии изготовления, улучшаются материалы, повышается качество. Конечно, сложность не украшение. Но за получаемый выигрыш по мощности приходится чем-то расплачиваться. И чаще всего эта плата выражается в усложнении либо технологии производства, либо конструкции. Но люди быстро привыкают к новому. Даже чудо, повторенное дважды, перестает быть чудом.
Столь новыми и необычными для электромашиностроения работами занимаются в Ленинграде. На Дворцовой набережной, неподалеку от Дома ученых расположившегося в бывшем Ново-Михайловском дворце, стоит дом, сооруженный более ста лет тому назад архитектором А.И. Штакеншнейдером. Сегодня в нем и располагается Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения. Конечно, разместить современный НИИ в помещении старого дома — задача трудновыполнимая. Здесь, на набережной, находится лишь административная часть института. Производственная же база — лаборатории, конструкторские бюро, испытательные стенды — все это размещено по соседству с «Электросилой».
ВНИИэлектромаш — организация сравнительно молодая. Ветераны считают годом ее рождения 1950-й. Именно тогда, всего через пять лет после окончания Великой Отечественной войны, Президиум АН СССР принял решение об организации в Ленинграде первой лаборатории автоматики. Несмотря на огромный ущерб, нанесенный народному хозяйству войной, Советский Союз примерно за 2, 5 года восстановил уровень промышленного производства 1940 года. Но для дальнейшего движения нужно было самое широкое внедрение во все отрасли народного хозяйства и в быт электрической энергии. Формула В.И. Ленина, данная им еще в 1920 году, продолжала быть не менее актуальной.
Но теперь нужна была электроэнергия, вырабатываемая централизованно на мощных электростанциях, объединенных высоковольтными сетями в крупные энергетические системы. Строительство таких систем без автоматизации было просто невозможно. Вот почему важным шагом явилось создание в Ленинграде скромной лаборатории автоматики.
С самого начала своего существования в лаборатории были созданы непревзойденные по своему времени модели Куйбышевской и Свирской ГЭС, линий электропередач, связывающих Ленинград и Москву с новыми электростанциями. На моделях гидротурбин и мощных генераторов сотрудники лаборатории решали самые актуальные задачи специального электромашиностроения. За работы по электродинамическому моделированию энергосистем академик М.П. Костенко и доктор технических наук В.А. Веников были удостоены в 1958 году Ленинской премии.
За первое десятилетие своего существования молодая лаборатория стала Институтом электромеханики АН СССР, прошла большой путь, вобрав в себя целый ряд других научных учреждений и расширив деятельность на всю отрасль мощного электромашиностроения.
Во втором десятилетии лаборатория стала Всесоюзным научно-исследовательским институтом, который занимается фундаментальными проблемами в области теории и методов расчета электрических машин. На этот институт возложена ответственность за передовей уровень крупных электрических машин, которыми по праву славится отечественная промышленность., 0т мощных турбо — и гидрогенераторов и высоковольтных линий передач до двигателей на тепловозах и прецизионных систем управления, например, телескопом — вот диапазон разработок этой научной организации.
Чтобы разговор о сверхпроводниках был достаточно полным, нужно вспомнить еще об одной ключевой проблеме физики нашего столетия. Речь идет о создании металлического водорода.
Мы уже говорили, что при глубоком охлаждении ниже 20, 3 К, то есть минус 252, 7 °С, водород превращается в жидкость. Если же охлаждение продолжать и дальше, то уже при 14 градусах Кельвина, или при минус 259 — по привычной стоградусной шкале Цельсия полученная жидкость замерзает и превращается в твердый молекулярный водород. Если теперь его подвергнуть огромному давлению в миллионы бар, то мы должны получить совершенно новое и совершенно замечательное вещество с удивительными свойствами — металлический водород. Есть предположения, что этот наиболее распространенный в обозримой вселенной элемент в металлической фазе находится в недрах планет-гигантов — Юпитера, Сатурна, может быть Урана и Нептуна. Физикам-теоретикам давно уже в общем виде (по расчетам) известны структура металлического водорода и его свойства. Причем есть достаточно веские основания предполагать, что именно металлический водород окажется высокотемпературнымсверхпроводником с критической температурой 100-200 К (или минус 173, а может быть, даже и просто минус 73 градуса Цельсия). Сумей мы его получить — проблема сверхпроводимости была бы решена.
В чем же дело, почему до сих пор нет у нас этого замечательного материала? Ведь создать необходимое давление в принципе не так уж и сложно. Что же останавливает экспериментаторов?
Оказывается, что пока на Земле, не существует материалов, способных выдержать такие давления. В опытах при достижении даже меньших значений начинал деформироваться или «течь» даже алмаз — а уж он ли не символ, не критерий твердости нашего мира!
Значит, осуществить получение металлического водорода в земных условиях невозможно? Зачем же тогда говорить о нем? Но физики считают, что надежда не окончательно потеряна, что в конце концов будут созданы на основе алмаза такие камеры или «наковальни», которые не потекут при давлениях больше 2-3 миллионов бар. Или, может быть, удастся использовать метод ударных волн, защищая холодный твердый молекулярный водород от нагрева с помощью «магнитных подушек». Академик В.Л. Гинзбург считает, что если в ближайшие годы исследования по созданию металлического водорода почему-либо не будут приостановлены, то имеется основание считать, что металлический водород будет получен и исследован еще в этом веке.
Сегодня к водороду вообще приковано внимание специалистов разных отраслей техники, как к одному из самых перспективных источников энергии. Действительно, запасы его даже на нашей планете практически неограниченны. А ведь — он в единице веса содержит втрое больше тепловой энергии, чем бензин. Более того, широкое применение водорода в качестве энергетического сырья будет способствовать и решению экологической проблемы — загрязнения атмосферы, потому что отходами от его сгорания являются лишь пары чистой дистиллированной воды.
Если начать рассматривать водород как топливо, то легко обнаружить массу его достоинств; даже кажущиеся на первый взгляд трудности могут обернуться преимуществами. Скажем, такой вопрос, как транспортировка водорода. Она вполне возможна по обычным трубопроводам. И, согласно расчетам, даже обойдется дешевле, чем передача электроэнергии по проводам мощных ЛЭП. Вы скажете — водород летуч! Правильно, но это означает лишь то, что его надо тщательно хранить. А делать это можно в любых резервуарах, в том числе и в резервуарах природных газов под землей.
В ракетной технике — водородное топливо уже давно вышло из стадии экспериментов. Предстоит переход на него aвиации. Испытываются автомобильные двигатели, работающие как на чистом водороде, так и на обычном топливе, обогащенном водородом. И здесь даже 5-10 процентов добавок водорода к бензину, как показывают ходовые испытания, дают 40-45 процентов увеличения коэффициента полезного действия двигателя. И в 100 раз нсижают токсичность выхлопных газов. Все происходит за счет более полного сгорания топливаа.
А какие перспективы открывает применение водорода в металлургии! И не только-как источника тепла, но и как заменителя угля и кокса в процессе восстановления железа. При этом резко снижаются "вредные выбросы газов в атмосферу.
В чем же дело? Почему водородное топливо не шагнуло до сих пор широко в промышленность? Причин несколько. И прежде всего — экономика. Пока еще водород дороже традиционных ископаемых видов топлива. Добыча угля, нефти, газа имеет на Земле большие и старые традиции. Люди, общество привыкли к ним…
Но нам нужно иметь в виду, что с ростом энерго-насыщенности нашей жизни, в частности с увеличением количества атомных, солнечных и приливных электростанций, получение водорода будет становиться все дешевле, тогда как ископаемое топливо в связи с оскудением его запасов должно дорожать.
Наконец, преодоление психологического барьера… Да, жидкий водород сохраняется лишь при температурах ниже минус 253° С, а твердый — ниже минус 259° С, и чтобы сохранить его от испарения, нужна специальная тепловая защита. Сложно! Но ведь мы не задумываемся о сложности, когда берем с собой на работу или в поездку термос с горячим чаем. Не пугаемся трудностей, — прокладывая трубопроводы от теплоэлектроцентралей, с горячей водой и паром.
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