Техника - молодёжи 1965-10, страница 40

до нескольких тонн. Однако, несмотря на все эти достоинства, «сезонность» работы солнечной лечи, ее зависимость от погоды нередко заставляют ученых предпочесть установки иного типа. Ведь солнце можно заменить электрической дугой и фокусировать ее излучение с помощью зеркал или линз. Все достоинства солнечных печей сохранятся, а недостатки исчезнут. Правда, яркость дуги меньше, чем у солнца, поэтому максимальные температуры здесь ниже, чем в крупных гелиоустановках.

Технический прогресс в первом приближении можно считать зависящим от жаростойкости используемых в технике материалов. Создание ядерных реакторов, ракет, металлургического оборудования, мощных радиоэлектронных устройств немыслимо без материалов, выдерживающих температуры в 1000—1500°С. А для получения и изучения таких материалов необходимы устройства, позволяющие развивать температуры еще более высокие.

Очень важно знать свойства различных веществ при высоких температурах, характер протекания различных процессов. Пары некоторых соединений, например окиси платины и моносульфида серы, вообще не изучены, поскольку они ие существуют при низких температурах. Мало изучены процессы растворения различных веществ в расплавах металлов, солей, силикатов.

Три тысячи градусов, которые достижимы в дуговых отражательных печах, вполне достаточны для большинства высокотемпературных исследований.

Особенно удобно то, что при нагреве облучением можно очень точно определять количество подведенного к образцу тепла. Самые достоверные измерения тепло- и температуропроводности, термического расширения, излучательной и отражательной способности материалов получены на установках, нагревающих образцы в концентрированном «зайчике». На них же изучают действие мощного светового излучения на человеческую кожу, на топливо и горючие материалы, на протекание фотохимических реакций.

Так удачный выбор области применения превратил в незаменимый инструмент научи одну из самых химерических идей техники. Но кто знает, не воскресят ли старую идею о сжигании на расстоянии новые мощные источники света?

«ЯРЧЕ ТЫСЯЧИ СОЛНЦ»

Солице всегда считалось самым ярким источником света, с которым приходилось сталкиваться человеку. И вывод о невозможности создания систем для сжигания на расстоянии из-за катастрофического возрастания поперечных размеров вытекал из молчаливой убежденности в том, что не может иа земле существовать источников света более ярких, чем солнце. Впрочем, для такого, мнения были достаточно веские основания.

Как это ни парадоксально, создание источников света фантастической яркости упирается в теорию... абсолютно черного тела, то есть тела, которое поглощает все падающие на него лучи, ничего не отражая и не пропуская. Поглощая все, абсолютно черное тело нагревается сильнее, чем любое другое тело, и всю поглощенную энергию высвечивает в виде тепловых лучей. Любопытно, что при температуре ниже красного каления оно представляется черным в самом буквальном смысле слова. Но при очень высоких температурах, измеряемых тысячами градусов, абсолютно черное тело выглядит как ослепительно яркий источник света. Наше солнце, как ни странно, тоже абсолютно черное тело, ибо едва ли падающие извне лучи отражаются от его поверхности или проходят сквозь него. Таким образом,' абсолютно черное тело, раскаленное до максимально достижимой температуры, — идеальный источник

света для устройств, сжигающих на расстоянии. Как раз в получение «максимально достижимых температур» и упирается создание сверхъярких источников. Правда, пропуская ток большой мощности через тонкую металлическую проволочку, можно получить яркость, в сотни раз превосходящую яркость солнца. Но вспышка эта длится всего несколько стотысячных долей секунды, в продолжение которых может быть излучена ничтожная энергия. Поэтому второе требование к источникам света — длительность работы.

Прежде всего посмотрим, каких результатов можно добиться с помощью процесса горения. В пламени кислородно-водородной горелки развивается при атмосферном давлении температура в 2900° С. Повысив давление до 20 атмосфер, можно довести температуру до 3140° С. Замена кислорода фтором дает повышение до 3700° С. Еще более высокие температуры получают при сжигании распыленных металлов. Струя горящего в кислороде алюминия или циркония режет металлы, которые не под силу расплавить кис-лородно-ацетиленовому пламени. Из этого можно заключить, что достигаемая температура — 3500—4000° С.

И все-таки это меньше, чем температура на поверхности солнца. Впервые превзойти «солнечную» температуру — 6000° — удалось с помощью электрической дуги. Доведя силу тока до 1500 а, ученые получили 10000° С. Дальнейшее увеличение тока уже не приводит к повышению температуры. Дуга начинает «раздуваться», а это препятствует росту температуры.

Однако оказалось, что с помощью вращающейся водяной воронки, вроде тех, которые возникают при сливе воды из ванны, можно электрическую дугу сжать в тонкий шнур. Таким методом удалось довести температуру в дуге до 55000°1 А ядерные взрывы вообще сняли проблему достижения высоких температур, выдвинув, правда, другую, еще более сложную: удержание раскаленной плазмы в заданном объеме. И действительно, нелегко представить себе сосуд, где заключена «жидкость», нагретая до миллиона градусов.

Сейчас трудно сказать, удастся ли использовать эти процессы в будущих источниках света. Но можно прикинуть, что могут дать в идеальном случае абсолютно черные тела, раскаленные до десятков и сотен тысяч градусов. Взяв за основу диаметр обычного прожектора — 2 м, посмотрим, чего можно достичь за счет повышения температуры источника. Расчеты показывают, что стабилизированная водяной воронкой дуга с температурой в 50000.° создаст на расстоянии в 1 км поток лучей мощностью в 36 вт/см². Этого уже достаточно, чтобы вспыхивали горючие материалы, а хорошо поглощающие тела нагревались до 700—1000° С. Если же температура источника повышена до 500000°, то на 1 кв. см в километре от установки будет приходиться гигантский поток в 360 тыс. вт. Этого достаточно, чтобы мгновенно вспыхивало дерево и расплавлялись металлы. Правда, в этих расчетах не учтены многочисленные потери: поглощение света в атмосфере, рассеяние в оптической системе и т. д., ио на поверхности Земли, может быть, и нет смысла применять такие установки. Космос — гораздо более перспективная область применения. Здесь, в безграничном вакууме, световые пучки не ослабляются и не рассеиваются. С их помощью можно будет на больших расстояниях, издалека сваривать конструкции орбитальных станций, подзаряжать энергией спутники и космические корабли, производить «накачку» лазеров, передающих сигналы на отдаленные станции солнечной системы. Больше того, даже гигантские размеры вовсе не помеха в космическом пространстве, где царит невесомость. И это наряду с разработкой мощных источников света один из самых веских доводов в пользу световой энергетики в космосе.

ПОДПИСЬ к

ВКЛАДКЕ

Существуют две принципиальные системы солнечных отражательных печей. В первой — зеркало неподвижно, а фоиус перемещается из-за движения солнца. Но чаще используют схемы, в ноторых подвижные зериала компенсируют движение солица. Обычно солнечные лучи регулируются с помощью поворотных плосиих зеркал (гелиостат, система Ньютона) нлн применением оптических систем вроде системы Кассагрена.

СХЕМЫ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ДУГОВЫХ ПЕЧЕИ

I. Эллиптическое зеркало. Если кратер дуги расположен в первом фокусе, то на большой поверхности образца можно создать «лабый лучистый поток. Если во втором, то на малой поверхности сильное облучение.

II и III. Два эллиптических или два параболических зеркала. Выгодны для получения длительных экспозиций.

IV. Конденсорный проеитор позволяет создавать лучистый поток на наибольшей поверхности.

36