Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2009 № 09
ПЛАВУЧАЯ АЭС УЖЕ СТРОИТСЯ. На Балтийском заводе в Петербурге начался монтаж первой в мире плавучей АЭС. Работы были перенесены сюда из Северодвинска не случайно. Здесь имеется лучшее оборудование для таких работ, нежели на Северной Двине.
Кроме прославленных питерских корабелов, в проекте принимают участие сотрудники Ижорского завода, где строят корпуса для реакторов, и СКБ машиностроения имени Африкантова, где готовят комплектующие узлы для реакторных установок. По плану, в конце 2012 года первая АЭС будет готова. Это будет несамоходная баржа длиной 144 и шириной 30 метров, в корпусе которой установят два реактора — аналоги тех, что были уже испробованы на атомных ледоколах.
По мнению начальника отдела проектирования ядерных реакторов КБ Дмитрия Бученко, такие АЭС будут работать в районах Севера и Дальнего Востока, куда невыгодно завозить обычное топливо. А учитывая, что станция может снабжать население не только электричеством и теплом, но и пресной водой — до 400 000 тонн в сутки, — подобными конструкциями уже заинтересовались и представители других государств. В особенности тех, где проблема пресной воды уже сегодня стоит достаточно остро.
Работать станция может 38 лет — три периода по 12 лет и время, необходимое для перезарядки ядерных реакторов.
ЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКА
Поле против силы
В фантастических фильмах довольно часто можно увидеть, как в случае опасности звездолет окружает себя защитным силовым полем, непроницаемым для ракет и снарядов противника. Интересно, а можно ли создать такое поле в действительности? Делают ли такие попытки специалисты?
Андрей Сумароков, г. Нижний Новгород
Спасибо Фарадею!
Начнем с прописных истин: знанием о том, что в природе существуют силовые поля, мы обязаны знаменитому английскому физику Майклу Фарадею. Во всех учебниках описано сделанное им в 1831 году открытие. Пронося постоянный магнит над проволочной рамкой, он заметил по отклонению стрелки гальванометра, что в рамке возникает электрический ток.
Заинтересовавшись этим явлением, Фарадей, по существу, и создал современную электротехнику. Ведь все современные электрогенераторы и моторы работают на основе открытого им закона электромагнитной индукции.
За прошедшие с той поры полтора с лишним столетия ученые выяснили, что, кроме открытых Фарадеем электромагнитных сил, в природе существуют еще так называемые сильные и слабые взаимодействия, проявляющие себя на сверхмалых расстояниях внутри атомного ядра, а также сила тяготения, или гравитация, которая, напротив, может проявлять себя на сверхбольших, астрономических расстояниях.
Сильное и слабое взаимодействия в качестве силового поля не подходят из-за своего малого радиуса действия. О гравитации тоже пока говорить трудно. Во-первых потому, что сегодня мы все еще практически ничего не знаем о физической сущности гравитации, хотя со времени открытия закона всемирного тяготения соотечественником Фарадея Исааком Ньютоном тоже лет миновало немало. Во-вторых, как справедливо подчеркнул Ньютон, гравитация — это сила притяжения; это она притягивает небесные тела друг к другу. Нам же нужна в данном случае сила отталкивания, то есть антигравитация, о которой мы знаем еще меньше…
В общем, получается, надеяться нам остается лишь на электромагнитные силы. О них и поговорим.
От электростатики к динамике
Из школьного курса физики известно, что электрические заряды бывают двух видов — положительные и отрицательные. Причем заряды одного знака взаимно отталкиваются, в то время как заряды противоположных знаков взаимно притягиваются.
Этим свойством давно пользуются в ускорителях элементарных частиц, заставляя их, эти самые частицы, как правило, имеющие тот или иной заряд, направляться точно в заранее выбранное место, например, в мишень.
Но можно, в принципе, решить и обратную задачу — отгонять элементарные частицы от мишени. Стало быть, задача создания защитного силового поля могла бы быть решена, стреляй противник заряженными частицами. Но ракеты и снаряды отвратить от цели куда сложнее. Тем не менее, можно.
Суть такой динамической защиты можно понять опять-таки из школьного опыта. Вспомните, что будет, если внутрь катушки-соленоида с обмоткой вставить металлический сердечник. Стоит подать импульс тока — и сердечник вылетает из катушки, словно из пушки.
Кстати, подобные электромагнитные орудия еще до Второй мировой войны предлагал инженер Александр Казанцев, прославившийся впоследствии своими фантастическими произведениями. Но, если гвозди из соленоида с силой попадали в деревянные мишени, то все попытки перенести эксперименты на полигон, а тем более на поле боя и по сей день кончаются ничем.
На самом деле, оказывается, в комплекте вместе с электромагнитной пушкой надо иметь еще целую электростанцию для зарядки батареи сверхмощных конденсаторов, которые затем и разряжаются в доли секунды, формируя сверхмощный импульс.
Такая технология еще худо-бедно годится для посылки, например, снарядов на Луну (подробности см. в «ЮТ» № 3 за 2009 г.). Но создать защитный силовой экран вокруг танка, самолета или космического корабля она вряд ли поможет. Хотя, впрочем, первые попытки создания электромагнитной защиты для танков все же ведутся. Но опять-таки эксперименты пока еще не вышли за пределы полигона.
Обратимся к плазме
В тех же фантастических фильмах иногда можно видеть, как звездолеты при включении силового поля окутываются неким голубоватым сиянием. Так кинематографисты хотят наглядно показать, что создание защитного поля может быть связано с образованием облака плазмы.
Плазма — это четвертое состояние вещества, которое отличается от твердого, жидкого и газообразного тем, что атомы в плазме не связаны между собой и лишены электронов. Кстати, видимое вещество Вселенной существует по большей части как раз в форме плазмы; из нее состоят Солнце, звезды и межзвездный газ.
В данном же случае для нас интересно то, что атомы, лишенные электронов, обладают электрическим зарядом. А стало быть, ими можно управлять при помощи электромагнитных полей. Так, например, в термоядерных реакторах типа «токамак» именно с помощью таких полей плазме стремятся придать форму тонкого кольцевого шнура, из которого потом собираются черпать энергию.
Таким образом, плазму можно удерживать в определенном объеме и придать ей нужную форму. К примеру, плазме можно придать форму листа. Этим, кстати, уже пользуются на практике. Так в 1995 г. физик Эдди Гершкович из Брукхейвенской национальной лаборатории (Лонг-Айленд, штат Нью-Йорк) придумал так называемое «плазменное окно».
Понадобилось оно ему вот для чего. В некоторых областях промышленности, например в ракетной, наряду с обычной электрической или газовой сваркой применяется и электронная, когда две металлические детали соединяют между собой, нагревая их края пучком электронов. Такой способ сваривать металлы быстрее, чище и дешевле, чем обычная сварка. Но есть у него и недостаток — электронную сварку необходимо осуществлять в вакууме. Иначе в сварной шов тут же попадают примеси из окружающего воздуха и качество соединения резко ухудшается.
В общем, такой сваркой удобно пользоваться в условиях космического вакуума, но весьма проблематично на Земле. Приходится помещать свариваемые части изделия в вакуумную камеру. Ну, а. если ведется сварка дюз огромной ракеты, значит, получается, и вакуумная камера должна быть соответствующих размеров?..
И тогда Гершкович пошел на хитрость. Он предложил изолировать от атмосферы только ту часть свариваемого изделия, где сварка ведется как раз в данный момент. А для этого прикрыть данный фрагмент своеобразным «плазменным флюсом». При обычной сварке, как известно, именно флюс, плавясь, прикрывает непроницаемой для воздуха коркой место сварки. А тут роль флюса выполняет плазма, которую получают в плазмогенераторе — устройстве около 1 м в высоту и порядка 30 см в диаметре. Внутри его газ нагревается до температуры 6500 °C, и получается плазма, которая сразу же попадает в ловушку электромагнитного поля и обволакивает место сварки. При этом частицы плазмы, как и любого газа, оказывают давление, которое не дает воздуху прорваться к месту сварки, и обеспечивают надлежащее качество сварного шва.
Но можно ли использовать плазменный «щит» против ударов ракет и снарядов? По идее, не так сложно представить себе некий генератор плазмы, который будет формировать сильную струю, которая заставит взрываться и плавиться летящие ракеты и снаряды еще на подлете к цели.
Но для работы такого генератора опять-таки понадобится немалое количество энергии. Кроме того, плазменное поле как разновидность электромагнитного более действенно против тел, имеющих электрический заряд. Такой заряд довольно просто навести в металле.
