Коллектив лаборатории ВНИИЭТО организовал производство изделий из бесцветного сапфира на ряде промышленных предприятий страны.
Что же дает государству использование метода профессора А.Степанова по сравнению с другими известными способами получения лейкосапфира?
Новая технология позволяет по чать изделия без отходов. В этом огромное преимущество. Глядя на код! лекцию, состоящую из трубок, кали^ рованных стержней с изменяемой фоо. мой поперечного сечения, колпачков тиглей, "лодочек" и замкнутых ампул' думаешь, что изготовление некоторых из них даже из более податливого материала просто нереально. Замкнутую ампулу, например, чудится, можно было выдуть только из стекла. А ведь монокристаллическая окись алюминия, по существу,- камень.
...За окнами уже сгущались сумерки. Но внезапно в лаборатории стало так светло, словно сюда проникли солнечные лучи. Такое впечатление создала подвешенная под потолком натриевая лампа, напоминающая своей формой миниатюрный дирижабль. Другая такая лампа стояла на стенде. Внутри ее стеклянной оболочки, служащей защитой,- газоразрядная трубка с металлическими электродами на обоих ее концах. Между ними и горит электрический разряд-очаг яркого света желтоватой окраски. Натриевая лампа - один из наиболее интересных примеров использования профилированного сапфира.
Затуловский положил на рукопись две трубки одинакового размера. Первая была так прозрачна, что сквозь нее можно было прочитать текст. Другая трубка не позволяла различать даже буквы. Первая получена из лейкосапфира, вторая же трубка - из поликора, спеченного порошка той же окиси алюминия.
В настоящее время производство натриевых ламп наружного освещения ведется с использованием поликоровых трубок. Замена их более прозрачными - лейкосапфировыми сэконо^ мит на протяжении года на каждой лампе (а их будут миллионы) 12 руб' лей.
Эта экономия определяется большим сроком службы лампы и снижен^ ным расходом электроэнергии при той
мощности - на 120 киловатт-часов
ежегодно.
На светотехнических предприятиях же работают созданные во ВНИИЭТО ^ановки. В каждой из одного тигля с ^сплавом одновременно вытягиваются шесть газоразрядных трубок.
разработанный процесс выращивания сапфировых изделий по способу А. Степанова, как и аппаратурное оформление, запатентованы в Англии, США, ФРГ, Японии.
Перечисленные выше изделия изготовляются из отечественного сырья и на отечественном оборудовании. Успеху способствует творческое содружество коллектива лаборатории с рядом организаций и заводов. Среди них Институт физики твердого тела АН СССР и многочисленные заказчики ранее невиданных стойких и прозрачных изделий. Испытанная в различных приборах и устройствах, эта продукция открывает новые области применения лейкос^пфира в науке и технике.
ПЛАЗМА В ПРОИЗВОДСТВЕ
Плазма - ионизованный газ - это не только вещество Солнца или "огненный вихрь" в будущих термоядерных реакторах. Это и газовый разряд в лампах дневного света, и кислородноацетиленовая струя сварочной горел^-так называемая низкотемпературная плазма. Сейчас она начинает с Успехом применяться во многих процессах химического производства. Воз^кпа особая область прикладной нау^ - плазмохимия.
Специалисты многие годы изучают физику плазмы. Результаты этих
дований уже широко используются в самых различных областях - от астрофизики до космического двигателестроения и электроэнергетики.Физические методы обработки материалов с использованием плазмы хорошо известны - это, например, сварка, резка, напыление покрытий и выращивание кристаллов. А вот плазменная химия пока еще развита сравнительно мало. Сейчас, однако, приходят к пониманию того, что многие производственные процессы можно осуществлять быстрее, дешевле, с меньшим загрязнением окружающей среды, если в них применять вместо традиционной технологии плазмохимию. Стоимость электроэнергии, которая требуется для выработки плазмы, начинает сравниваться со стоимостью других видов энергии, необходимых для химической промышленности, в особенности это касается нефтяной и газовой энергетики.
Любая плазма - это газ, достаточно ионизованный для того, чтобы проводить электрический ток. Нагрев газа способен вызвать его ионизацию путем отщепления электронов от атомов. Образуется смесь положительных ионов и электронов, в которой будут и другие продукты пиролиза - новые атомы и свободные радикалы.
Частицы плазмы обладают высокой энергией. Они могут вызывать некоторые химические реакции или служить катализаторами в других, причем в таких, которые иным путем получить невозможно. Степень ионизации зависит. от химических и физических свойств плазмы, особенно от ее температуры и давления. Плазма, используемая для химической технологии, имеет температуру до 20 тысяч градусов Цельсия. Это так называемая "низкотемпературная плазма". При температуре около 10 тысяч градусов она ионизована процента на два. В отличие от нее высокотемпературная плазма, например, та, которая служит источником энергии при термоядерном синтезе, разогрета до 100 миллионов градусов.
на она полностью. В естественных условиях плазма существует в недрах Солнца и других звезд, в каналах грозовых разрядов, в ионосфере.
Разновидности плазмы, полезные для химической технологии, можно отнести к двум типам в соответствии с их термодинамическим состоянием. В равновесной плазме легкие частицы (электроны) и тяжелые (ионы, атомы, молекулы) пребывают в состоянии приблизительного термодинамического равновесия: у них одна и та же температура, уровень энергии. Это "термическая", или горячая, плазма. Возникает она при сравнительно высоком давлении, порядка одной атмосферы или более. Неравновесная же плазма, с другой стороны, характеризуется высокой температурой электронов, но в то же время сравнительно низкой температурой самого газа. Это "холодная" плазма при низком давлении. Типичный пример "горячей" плазмы - кислородно-ацетиленовое пламя для автогенной резки и сварки, а "холодной" - газовый разряд в трубке лампы дневного света.
В установках промышленного масштаба горячеплазменные методы способны давать большой выход продукции при высоких температурах, поскольку они работают при сравнительно высоких давлениях. Соответственно повышенные скорости реакций позволяют экономично использовать сравнительно малогабаритные дешевые реакторы. Поэтому "горячая" плазма перспективна для осуществления широкого ряда таких реакций, где требуются повышенные затраты тепла. Она находит многочисленные применения в переработке углеводородов, руд, получении огнеупоров и в металлохимии.
У плазмы большие преимущества при использовании в металлургических процессах, где требуются высокие температуры и расход тепла для расплавления и испарения металлов и руд и для осуществления в них эндотермических
реакций. Важными качественными казателями здесь являются незаго ценность плазмы, отсутствие в ней п сторонних примесей и гибкость в ко роле за атмосферой процесса в оки лительных и восстановительных pea циях. В особенности это относится получению дорогостоящей продукции вроде молибдена, титана, боридов и нитридов металлов.
"Холодная" плазма образуется при "непробивных" разрядах. Ее применение для крупных химических производств более ограничено, поскольку подобные разряды поддерживаются при низких давлениях, и поэтому здесь можно достигнуть лишь небольших скоростей выхода продукции. Пока единственный общепризнанный процесс - синтез озона в "тихом" разряде.
Недавно завершены две особо важные разработки по использованию тлеющего разряда для изготовления полупроводниковых изделий в пленочной электронике.
СОЛНЦЕ, ВЕТЕР И ТРОСТНИК
Кубинские энергетики запланировали масштабный эксперимент: на полигоне в окрестностях города Сантьяго-де-Куба возводятся солнечные коллекторы различного типа. Одни будут давать горячую воду окрестным предпри"тиям, другие - электрический ток, полученный прямым преобразованием солнечных лучей. Чтобы не уповать только на дневное светило, для стабильности предусмотрены и ветросиловые установки - лопасти генераторов будут вращаться пассатами. Энер' готическую триаду венчают реакторы"
оабатывающие биогаз. Для его про"'of^cХ^вa используют отходы сахар^х заводов - переработанную массу тростника.
ЗЕРКАЛЬНЫЙ ПОДСОЛНУХ
На крыше одного из ленинградских домов выросло необычное сооружение своеобразный зеркальный "подсолнух". Растение, как известно, поворачивает свой цветок вслед за солнышком. Точно так же ведет себя и небольшая лабораторная электростанция, созданная в Физикотехническом институте имени А. Ф. Иоффе АН СССР. Работает она от солнечного света. Идея гелиостанции, где солнечные лучи преобразуются в электричество, не нова - так, например, действуют солнечные батареи космических аппаратов. Но для земных условий это слишком дорогой вариант. Ленинградские физики предложили другой. Станция работает не на обычном, а на сконцентрированном солнечном свете. Система зеркал фокусирует световое пятно на небольшой полупроводниковый элемент, диаметр которого около 20 миллиметров. Установка сразу получается во много раз дешевле. Ведь для получения мощности в один киловатт нужно 30 квадратных сантиметров фотоэлементов. Пока светит солнце, станция заряжает свои Аккумуляторы, от которых потом в люоое время можно получить энергию.
Полупроводники, на которые концентрируется солнечный свет, не совсем обычные. Они уложены в несколь^° слоев. "Слоеный пирожок" из полу"Р^ОДНИКОВ одет в корпус, предназ^^иный для отвода тепла. У такого ^Х"^чного элемента коэффициент ^Х"^зного действия около 30
тов. А это неплохой показатель. Ведь даже самые современные тепловые электростанции имеют КПД до 40 процентов.
' ^^
_________J-^__________
'у ^ЭДв"
ПЕРВАЯ СОЛНЕЧНАЯ
Идея создания электростанций, которые могли бы преобразовывать солнечное тепло в электрическую энергию, давно волновала умы людей. Очевиден был и наиболее доступный метод решения проблемы: термодинамическое преобразование солнечной энергии, то есть превращение энергии солнечного излучения сначала в механическую, а затем в электрическую по хорошо известному паротурбинному циклу, который используется на всех тепловых (ТЭС) и атомных (АЭС) электростанциях. Иначе говоря, солнечная электростанция (СЭС) отличается от ТЭС и АЭС только способом получения пара.
Казалось, что проще - создать котел соответствующей формы и направить на него несколько солнечных зайчиков покрупнее, чтобы получить достаточное количество пара. Ведь все остальные проблемы вроде бы были давным-давно решены. Однако дело оказалось далеко не простым. Реализации идеи мешало множество инженерных, технических трудностей. Ну, скажем, такие: нужно было создать очень точные и надежные системы, которые следили бы за Солнцем, постоянно изменяя положение зеркал с тем, чтобы зайчики, направленные на котел, не меняли своего положения; не менее сложно было позаботиться о том, чтобы солнечная электростанция в пасмурные, облачные дни, а также ночью не оставалась без работы. Вот почему
лизация проектов СЭС, разработанных в 50-60-е годы, все время откладывалась.
Однако постепенно все основные трудности были преодолены, и в начале прошлой пятилетки в Крыму началось строительство первой в нашей стране крупной солнечной электростанции СЭС-5 мощностью пять тысяч киловатт. По расчетам ученых, мощность таких станций в принципе может достигать полумиллиона и более киловатт. Проект Крымской СЭС создан в рижском отделении института Атомтеплоэлектропроект при участии ряда проектно-конструкторских организаций Министерства энергетики и электрификации СССР.
СЭС-5 состоит из концентратора - поля солнечных гелиостатов, солнечного парогенератора, турбины, генератора, системы автоматического слежения за Солнцем и системы теплового аккумулирования.
Одна из главных проблем, с которой столкнулись создатели СЭС, такова. Удельная плотность лучистого теплового потока на земной поверхности чрезвычайно мала и не превышает 1 киловатта на квадратный метр. А для того чтобы в котле образовался пар под давлением 40 атмосфер и температурой 250 градусов Цельсия, на поверх1 эсти нагрева котла удельная плотность теплового потока должна составлять 250 киловатт на квадратный метр.
Получить нужную концентрацию солнечной энергии удается с помощью гелиостатов - зеркальных отражателей, следящих за Солнцем и направляющих его лучи на поверхность нагрева парогенератора.
Всего их 1600; они расположены на плоской кольцевой площадке, окружающей башню высотой 90 метров, на которой установлен солнечный паровой котел. Каждый гелиостат несет зеркала площадью 25 квадратных метров и оборудован электрическими приводами зенитного и азимутного вращения.
ЭВМ управляет электродвигателя гелиостатов так, что в любой м
мент времени все отраженные сод ночные лучи направлены строго котел.
В машинном зале установлены с рийные турбина и генератор. В период максимальной солнечной активност они развивают мощность до 6 тысяч к ловатт. Днем, когда Солнце скрыто за облаками, и ночью турбина может ра. ботать от пароводяного аккумулятора, который заряжается от солнечного пa'. регенератора. Тепловой аккумулятор обеспечивает работу турбины в расчетном режиме в течение 3-4 часов; еще 10 часов станция может давать ток, действуя в пониженном режиме, с мощностью 2,5 тысячи киловатт.
Надо сказать, что стоимость электроэнергии первой в нашей стране солнечной электростанции будет сравнительно велика - значительно дороже энергии ТЭС и АЭС. Объясняется это относительно высокими затратами на эксплуатацию нового оборудования, большими расходами энергии на привод гелиостатов и т. д. Но уместно вспомнить, что энергия первых АЭС обходилась тоже значительно дороже энергии традиционных тепловых станций, а теперь показатели их экономичности практически сравнялись. Нет сомнений, что и с СЭС со временем произойдет то же самое. К тому же при оценке эффективности таких станции надо принять во внимание, что они совершенно не загрязняют окружающую среду.
Крымская СЭС - экспериментальная. Здесь будут испытываться различные конструкции гелиостатов-это уникальные устройства, подобных которым нет нигде в мире, конструкция автоматов слежения за Солнцем, солнечный котел. Значительную часть средств, выделенных станции, предусмотрено направить на научно-исследовательские и экспериментальные работы.