Магнит за три тысячелетия - [71]

Шрифт
Интервал

улучшаются). Гелиевый трубопровод имеет вакуумную изоляцию. Внутренняя

поверхность трубопровода жидкого гелия покрыта слоем сверхпроводника.

Потери в такой линии с учетом неизбежных потерь на концах линии, где

сверхпроводник должен стыковаться с шинами при обычной температуре, не превысят

нескольких долей процента, а в обычных линиях электропередачи потери в 5…10

раз больше!

Силами ученых Энергетического института имени Г.М.Кржижановского и Всесоюзного

научно-исследовательского института кабельной промышленности уже создана серия

опытных отрезков сверхпроводящих кабелей переменного и постоянного тока.

Подобные линии смогут передавать мощности во много тысяч мегаватт при КПД более

99 %, при умеренной стоимости и относительно невысоком (110…220 кВ) напряжении.

Может быть, еще более важно, что сверхпроводящие линии электропередачи не будут

нуждаться в дорогостоящих устройствах компенсации реактивной мощности. Обычные

линии требуют установки токовых реакторов, мощных конденсаторов, чтобы

нивелировать чрезмерные потери напряжения вдоль трассы, а линии на

сверхпроводниках в состоянии себя самокомпенсировать!

Сверхпроводники оказались незаменимыми и в электрических машинах, принцип

действия которых предельно прост, но которых никогда раньше не строили, ибо для

их работы нужны очень сильные магниты. Речь идет о магнитогидродинамических

(МГД) машинах, осуществить которые Фарадей пытался еще в 1831 г.

Идея опыта проста. В воду Темзы на ее противоположных берегах погружали две

металлические пластинки. Если скорость реки 0,2 м/с, то, уподобив струи воды

проводникам, движущимся с запада на восток в магнитном поле Земли (его

вертикальная составляющая примерно равна 5·10-5 Тл), с электродов можно

снять напряжение примерно 10 мкВ/м.

К сожалению, этот опыт окончился неудачей, "генератор-река" не заработал.

Фарадей не смог замерить тока в цепи. Но через несколько лет лорд Кельвин

повторил опыт Фарадея и получил небольшой ток. Казалось бы, все осталось, как у

Фарадея: те же пластины, та же река, те же приборы. Разве что место не совсем

то. Кельвин построил свой генератор ниже по Темзе, там, где ее воды смешиваются

с соленой водой пролива.

Вот она разгадка! Вода ниже по течению была более соленой и, следовательно,

обладала большей проводимостью! Это было сразу же зарегистрировано приборами.

Увеличение проводимости "рабочего тела" — генеральный путь увеличения мощности

МГД-генераторов. Но увеличить мощность можно и другим способом — повышая

магнитное поле. Мощность МГД-генератора прямо пропорциональна квадрату

напряженности магнитного поля.

Мечты об МГД-генераторах получили реальную основу примерно в середине нашего

века вместе с появлением первых партий сверхпроводящих промышленных материалов

(ниобий-титан, ниобий-цирконий), из которых удалось сделать первые, еще

маленькие, но работающие модели генераторов, двигателей, токопроводов,

соленоидов. А в 1962 г. на симпозиуме в Ньюкасле англичане Вильсон и Роберт

предложили проект МГД-генератора на 20 МВт с полем 4 Тл. Если обмотку сделать из

медного провода, то при стоимости 0,6 мм/долл. джоулевы потери в ней "съедят" —

полезной мощности (15 МВт!). Зато на сверхпроводниках обмотка будет компактно

облегать рабочую камеру, потерь в ней не будет, а на охлаждение уйдет всего 100

кВт мощности. КПД возрастет с 25 до 99,5 %! Тут есть о чем задуматься.

МГД-генераторами занялись всерьез во многих странах, потому что в таких машинах

можно использовать плазму в 8…10 раз более горячую, чем пар в турбинах

тепловых электростанций, а при этом по известной формуле Карно КПД будет уже не

40, а все 60 %. Вот почему в ближайшие годы недалеко от Рязани заработает первый

промышленный МГД-генератор на 500 МВт.

Конечно, создать и экономично использовать такую станцию непросто: нелегко

разместить рядом поток плазмы (2500 К) и криостат с обмоткой в жидком гелии

(4…5 К), раскаленные электроды обгорают и зашлаковываются, из шлаков надо

выщелачивать те присадки, которые только что добавлялись в топливо для ионизации

плазмы, но ожидаемые выгоды должны окупить все трудозатраты.

Можно представить себе, как выглядит сверхпроводящая магнитная система МГД-

генератора. Две сверхпроводящие обмотки расположены по бокам канала с плазмой,

отделенного от обмоток многослойной тепловой изоляцией. Обмотки закреплены в

титановых кассетах, и между ними поставлены титановые распорки. Кстати сказать,

эти кассеты и распорки должны быть чрезвычайно прочными, так как

электродинамические силы в обмотках с током стремятся разорвать их и притянуть

друг к другу.

Поскольку в сверхпроводящей обмотке тепло не выделяется, рефрижератор, который

требуется для работы сверхпроводящей магнитной системы, должен отводить лишь то

тепло, которое поступает в криостат с жидким гелием через тепловую изоляцию и

токоподводы. Потери в токоподводах можно свести практически к нулю, если

использовать короткозамкнутые сверхпроводящие катушки, питаемые от

сверхпроводящего трансформатора постоянного тока.

Гелиевый ожижитель, который будет восполнять потери гелия, испаряющегося через

изоляцию, по расчетам должен вырабатывать несколько десятков литров жидкого


Еще от автора Владимир Петрович Карцев
Приключения великих уравнений

История познания человеком электричества полна неожиданностей и драматизма. Среди «делавших» эту историю мы найдем людей разных профессий: физика, врача, переплетчика, столяра, государственного деятеля. Различны были их судьбы.В книге читатель встретится с участниками первых кругосветных путешествий, узнает об электрических рыбах, об оживлении людей с помощью электричества… Первое и второе издания книги, вышли в издательстве «Знание» в 1970 и 1978 гг.Книга рассчитана на массового читателя.


Максвелл

Когда нескольких видных ученых попросили назвать, каковы, по их мнению, три величайших физика всех времен, мнения разделились, но ни один не забыл Максвелла.И действительно, трудно переоценить значение работ этого поистине гениального человека, чьи исследования не только легли в основу современной радио- и телевизионной техники, но и стали краеугольным камнем современного понимания материи.


Ньютон

Книга известного советского учёного и писателя В. П. Карцева представляет собой первое на русском языке научно-художественное жизнеописание одного из величайших мыслителей мира — английского математика, физика, механика и астронома Исаака Ньютона, оказавшего воздействие на всё развитие науки вплоть до нашего времени. Книга построена на обширном документальном материале, отечественном и зарубежном. Она содержит также широкое полотно общественной и научной жизни Англии конца XVII — первой половины XVIII века.Рецензенты: доктор физико-математических наук, профессор В. В. Толмачёв, кандидат филологических наук, член СП СССР Б. Н. Тарасов.


Кржижановский

Среди тех, кто рядом с Лениным прошел весь путь борьбы, ссылки и революции, был его ближайший друг Глеб Максимилианович Кржижановский. Инженер по образованию и поэт в душе, автор «Варшавянки», после победы Октября Г. М. Кржижановский весь пыл революционера, знания и талант отдал созданию единого Государственного плана развития страны. В осуществлении плана ГОЭЛРО, «второй программы партии», весь мир впервые зримо увидел социализм. Став вице-президентом Академии наук СССР, Г. М. Кржижановский активно боролся за то чтобы повернуть академию лицом к жизни, промышленности, сельскому хозяйству, к построению нового общества.


Рекомендуем почитать
Покоренный электрон

В книге рассказывается история главного героя, который сталкивается с различными проблемами и препятствиями на протяжении всего своего путешествия. По пути он встречает множество второстепенных персонажей, которые играют важные роли в истории. Благодаря опыту главного героя книга исследует такие темы, как любовь, потеря, надежда и стойкость. По мере того, как главный герой преодолевает свои трудности, он усваивает ценные уроки жизни и растет как личность.


Играют ли коты в кости? Эйнштейн и Шрёдингер в поисках единой теории мироздания

Многие физики всю свою жизнь посвящают исследованию конкретных аспектов физического мира и поэтому не видят общей картины. Эйнштейн и Шрёдингер стремились к большему. Поиски привели их к важным открытиям: Эйнштейна — к теории относительности, а Шрёдингера — к волновому уравнению. Раздразненные найденной частью решения, они надеялись завершить дело всей жизни, создав теорию, объясняющую всё.Эта книга рассказывает о двух великих физиках, о «газетной» войне 1947 года, разрушившей их многолетнюю дружбу, о хрупкой природе сотрудничества и открытий в науке.Пол Хэлперн — знаменитый физик и писатель — написал 14 научно-популярных книг.


Квантовая модель атома. Нильс Бор. Квантовый загранпаспорт

Нильс Бор — одна из ключевых фигур квантовой революции, охватившей науку в XX веке. Его модель атома предполагала трансформацию пределов знания, она вытеснила механистическую модель классической физики. Этот выдающийся сторонник новой теории защищал ее самые глубокие физические и философские следствия от скептиков вроде Альберта Эйнштейна. Он превратил родной Копенгаген в мировой центр теоретической физики, хотя с приходом к власти нацистов был вынужден покинуть Данию и обосноваться в США. В конце войны Бор активно выступал за разоружение, за интернационализацию науки и мирное использование ядерной энергии.


Магнетизм высокого напряжения. Максвелл. Электромагнитный синтез

Джеймс Клерк Максвелл был одним из самых блестящих умов XIX века. Его работы легли в основу двух революционных концепций следующего столетия — теории относительности и квантовой теории. Максвелл объединил электричество и магнетизм в коротком ряду элегантных уравнений, представляющих собой настоящую вершину физики всех времен на уровне достижений Галилея, Ньютона и Эйнштейна. Несмотря на всю революционность его идей, Максвелл, будучи очень религиозным человеком, всегда считал, что научное знание должно иметь некие пределы — пределы, которые, как ни парадоксально, он превзошел как никто другой.


Охотники за нейтрино. Захватывающая погоня за призрачной элементарной частицей

Эта книга – захватывающий триллер, где действующие лица – охотники-ученые и ускользающие нейтрино. Крошечные частички, которые мы называем нейтрино, дают ответ на глобальные вопросы: почему так сложно обнаружить антиматерию, как взрываются звезды, превращаясь в сверхновые, что происходило во Вселенной в первые секунды ее жизни и даже что происходит в недрах нашей планеты? Книга известного астрофизика Рэя Джаявардхана посвящена не только истории исследований нейтрино. Она увлекательно рассказывает о людях, которые раздвигают горизонты человеческих знаний.


Климатическая наука: наблюдения и модели

Ричард МурКлиматическая наука: наблюдения и модели.21.01.2010Источник: Richard K. Moore, Gglobal ResearchClimate Science: Observations versus ModelsПеревод: Арвид Хоглунд, специально для сайта "Война и Мир".Теория парниковых газов якобы ответственных за катастрофическое глобальное потепление не согласуется с фактами и является политической спекуляцией на реальной науке. Рассматривается фактическая картина современного климата по доступным данным.