Плавка металла солнечным светом
Обновлено: 18.05.2024
Пост для тех , кто мобилизовался/мобилизуется
Моя мобилизация прошла довольно быстро, утром военкомат, вечером с вещами в автобус. Пока что едем в вероятно распред. пункт.
28 человек, все мужики за 30, довольно спокойно собрались, несколько распиздяев прибухнули, отношение благосклонное.
Возможно по мере развития постараюсь дополнять пост.
Ответ на пост «Мобилизация»
Всем пикабутянам мобилизованным в действующие войска пожелание: ребята, берегите себя, не стройте из себя героев - вы мобилизованные, а не спецназ. Просто делайте свою работу, переносите тяготы военной службы и вернитесь живыми.
Мы всем Пикабу будем вас ждать.
Боевой опыт
служил срочку 13/14. Весь опыт 2 раза стрелял из автомата и 5 раз водил камаз. Больше за рулем я в жизни ни сидел. Призывают водителем. Оренбург.
И эту у меня сейчас зрение -5 оба глаза и сам вешу 95 кг отнють не мышц . Я охуеть нервничаю.
Думайте
Здравствуйте, хотелось бы выложить пост на волне "мобилизации" . Очень много вижу, что выкладывают повестки, пишут ВУСы и т д. Служил контракт 2019-2021года. Ушел Ком.отд. мл.сержант. До этого учился в САКК им. Покрышкина в Новосибирске. Уволился с контракта за полгода до СВО. Мою часть кинули на "учения" ну , а дальше вы знаете.
Есть поучительная история.
Учась в САКК ( кадетом ) есть(было) 3 этапа.
1 Этап: ты ходишь в зеленой форме без погон.
2 Этап: ты получаешь погоны
3 Этап: присяга в корпусе - получаешь синюю форму.
Так вот. Отучился я на "1 курсе" пару месяцев, не за горами получение погон. У нас по плану был "Осенний бал" после которого была дискотека. Мы юные первокурсники пришли на нее в гражданке, там одет был кто как. Зал был очень мал для такого количества людей, но места хватало, НО со временем стало душно. Мы ( я и сокурсник ) увидели, что четверокурсник расстегнул рубашку. И решили снять верх ибо было прям жарко и душно , что трындец.
Попутно зажигая, нас сфотали с парой девчонок 4 курса. Кто то умудрился танцевать на столах ( партах ) в основном первокурсники. Через 3-4 дня, наш офицер срывается после звонка и его нет пару часов. Ничего не предвещало беды, но он приехал и начал вызывать к себе по 1. Когда настала наша очередь мы увидели распечатанные фото с дискотеки в формате А4 в ч/б варианте. Проблема заключалась в том, что кто то выложил эти фото в сеть ( где мы с голым торсом фотаемся с девчонками, а кто то танцует на столах ). И подписал это именем Кадетского Корпуса. Удар по репутации. Нас хотели исключить с товарищем, но командир вступился ( за что я ему бесконечно благодарен!!) и нам отсрочили получение погон, а значит и присягу мы принимали самыми последними. С тех пор, я мало фотографируюсь и куда либо выкладываю свои фото. Ибо тогда мы поняли, что за нами следят. Как то сбежал парнишка, нашли. Попутно почитали где он и когда был. И рассказали как его нашли. Это мне пригодилось в будущем.
Солнечная печь: гелиосистемы для плавки металла, где используются печи на солнечной энергии
Новое является хорошо забытым старым. Эта прописная истина не обошла и сферу промышленности, где наряду с традиционными методами нагрева все чаще и чаще используется экологически чистая, а главное бесплатная, солнечная энергия.
Первое историческое упоминание о использовании тепловой энергии Солнца датируется III веком до н.э. Древнегреческий ученый Архимед создал солнечный концентратор, при помощи которого получилось с расстояния поджечь римские корабли.
Солнечная печь – гелиосистема, представленная параболическим зеркальным концентратором. При попадании солнечного света на изогнутую поверхность параболы разнонаправленные лучи фокусируются в одной точке.
Фокус солнечного света обладает высокой тепловой энергией. Простейшая зеркальная парабола диаметром 1 (м) способна фокусировать до 500 (Вт) тепловой энергии. Такой мощности будет достаточно, чтобы довести до кипения 1 литр воды примерно за 8 минут.
В обзоре будет рассказано про виды солнечных печей.
Сфера применения солнечных печей
У тепловой энергии, которая получена из солнечного света, есть одно важное преимущество. Тепло солнечной печи является чистым. То есть при генерации тепловой энергии нет копоти и вспомогательных химических реакций с нагревателем.
Высокая экологичность тепловой энергии солнечной печи дает возможность осуществлять выплавку особых сортов металлических сплавов. Сверхчистые сплавы позволяют сделать проводимость электрического тока максимально предсказуемой и контролируемой.
Чистые сплавы используются при создании электроники для «ответственного оборудования», в работе которого недопустимы погрешности и сбои. К числу такого оборудования можно причислить авиационную и космическую технику, пункты управления ядерными реакторами и прочее-прочее.
Разумеется, область применения солнечных печей не ограничивается выплавкой металлов и сплавов высокой чистоты. Тепло солнечного концентратора применимо везде, где нужен нагрев:
Как понятно, для работы гелиосистем нужен солнечный свет. Что касается промышленного использования солнечных печей, концентраторы обычно устанавливаются в горных или пустынных районах, где количество солнечных дней в году превышает отметку 70-80%.
Для установки солнечной печи хорошо подходят горы. Разреженный горный воздух делает горение материалов еще более чистым.
Ниже будет рассказано о том, как работает гелиосистема.
Конструкция солнечной печи
Если говорить о научном, полупромышленном и промышленном применении солнечной печи, то используется сложный оптико-механический комплекс. Ярким примером научной и полупромышленной гелиосистемы является солнечный концентратор во французском городке Одейо.
Гелиосистема во французском Одейо имеет высокий уровень автоматизации. На базе солнечного комплекса действует научный институт. При этом гелиосистема является открытым объектом. В среднем солнечную печь посещает около 80 000 туристов ежегодно.
- Концентратор – основная часть гелиосистемы. Это парабола, поверхность которой покрыта зеркальными сегментами в виде прямоугольника. Общее количество зеркал параболы составляет 10 700 штук.
В узбекском аналоге, научный гелиокомплекс «Солнце», парабола имеет более 20 000 зеркальных вставок. При этом диаметр концентратора сопоставим с французским.
Концентратор фокусирует солнечное излучение в точку. Диаметр рабочего фокуса составляет от 1,5 до 0,2 (м). Точное значение диаметра определяется позиционированием камеры фокусировки.
Зеркальные вставки концентратора солнечной печи изготавливаются на основе алюминия. Верхний зеркальный слой создается при помощи специального напыления.
Зеркальные компоненты гелиосистемы требуют периодического обслуживания. Изношенные зеркала заменяют новыми. Они изготавливаются на предприятии при солнечном центре.
- Гелиостаты – комплекс зеркал, который перенаправляет солнечные лучи в направлении параболы. Система гелиостатов французской солнечной печи имеет 63 зеркальных компонента.
Размер одного гелиостата составляет 7,5×6,5 (м). Рабочую поверхность гелиостата формируют 195 зеркальных вставок. Совокупная площадь зеркал системы гелиостатов составляет 3022 (м2).
Особенностью гелиостатов является автоматический поворот зеркал вслед за Солнцем. В данном случае на концентратор передается стабильное солнечное излучение на протяжении всего светового дня.
При этом концентраторы способны менять угол наклона рабочей поверхности. Это позволяет регулировать степень тепловой мощности, в зависимости от выполняемой печью задачи.
Как работает гелиосистема в реальных условиях.
На что способна солнечная печь
Французский солнечный комплекс в Одейо позволяет обеспечить температуру в зоне фокусировки на уровне 800-3500 С. Потенциала солнечной печи хватит на плавку большей части металлов и тугоплавких сплавов:
Разумеется, солнечный комплекс во французских Пиренеях не является промышленным объектом. В некотором роде комплекс можно рассматривать в качестве полупромышленного, с упором на научные исследования.
Но гелиокомплекс «Солнце», расположенный в Узбекистане, способен выполнять и промышленные задачи. Ежегодно узбекская солнечная печь осуществляет около 100 плавок металла. На территории узбекской гелиосистемы действует производственный центр, в котором изготавливается продукция промышленного и медицинского назначения.
Солнечные системы являются единственным источником тепловой энергии, где нагрев осуществляется моментально. Это свойство гелиосистем стало незаменимым для сферы испытаний. Гелиосистема используется для проверки на прочность ядерных реакторов и космических летательных аппаратов.
На фоне возрастающего дефицита дров в Индии вместо крематориев начали возводиться солнечные системы. С задачей кремации легко справляется рефлектор площадью 50 (м2). В данном случае пятно фокусировки позволяет создавать температуру на уровне 700 С.
Один сеанс работы солнечной печи дает возможность сэкономить 200-300 (кг) древесины.
Какие еще виды солнечных печей существуют.
Существуют ли компактные и мобильные солнечные печи
В последние годы широкое распространение начали получать бытовые печи на солнечной энергии. Печи для частного использования можно разделить на 2 категории:
Домашние гелиосистемы применяются в сфере кулинарии. Среди таких печей есть немало обеззараживателей воды и пастеризаторов.
- Стационарная солнечная печь – массивная и тяжелая парабола. Ближайшим аналогом такого концентратора является спутниковая тарелка диаметром 1,5-2 метра.
Кстати, такие печи в основном и изготавливаются из старых тарелок. Хотя могут применяться и отдельные новые заготовки.
Парабола устанавливается на держатель с поворотным механизмом. Общий вес конструкции обычно достигает 20-40 (кг).
Стационарные солнечные печи чаще всего устанавливаются на территории частного жилищного сектора. Это своего рода домашняя полевая кухня, для работы которой не требуется ни электричество, ни газ, ни дрова.
В среднем гелиосистемы стационарного типа вырабатывают тепловую мощность на уровне 700-1000 (Вт).
- Мобильная солнечная печь – легкая и компактная гелиосистема, предназначенная в основном для туризма и кемпинга.
Походная гелиосистема повторяет конструкцию стационарных аналогов. Отличие состоит лишь в том, что туристические печи имеют удобную складную конструкцию. Они намного меньше весят и имеют компактные габариты.
Средний вес туристического концентратора составляет 3 (кг). В сложенном состоянии размеры гелиосистемы находятся в пределах 0,5×0,3×0,2 (м). Хотя размеры и масса могут быть и другими, как в большую, так и меньшую сторону.
Туристические солнечные печи хороши тем, что их можно легко использовать в тех местах, где отсутствуют дрова или строго запрещено пользоваться открытым огнем.
Переносная солнечная печь обычно вырабатывает тепловую мощность на уровне 250-500 (Вт).
Среди мобильных гелиосистем широкое распространение получили модели с цилиндрической камерой нагрева. В таких печах роль посуды играет колба из закаленного стекла с вакуумной капсулой.
Вакуумные колбы хороши тем, что их можно использовать даже в холодную пору года. Наличие вакуума делает посуду похожей на термос.
Плавка металла солнечным светом
Если у вас не работает один из способов авторизации, сконвертируйте свой аккаунт по ссылке
Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal
| [ | Tags | | | 12 месяцев, chevrolet, Узбекистан | ] |
| [ | Местонахождение | | | Узбекистан | ] |
⇐ Предыдущая часть | Следующая часть ⇒
Строительство комплекса "Солнце" началось в далёком 1981 году. На данный момент в мире существует только два подобных сложнейших инженерных объекта: во Франции и у нас, в бывшем СССР. Инженерная разработка такого сооружения стоит совершенно безумных денег и была возможна только при Советском Союзе, зато эксплуатация получается практически бесплатной. На солнечной энергии в течение дня в печи может создаваться контролируемая температура значением до 3000 градусов Цельсия.
Основное параболическое зеркало размером 54 на 54 метра формирует сфокусированный луч диаметром 1.2 метра. В центре, за зеркальным полотном, расположено помещение исследовательского центра, откуда ведется наблюдение за процессом плавки металлов.
Общее количество зеркальных элементов на концентраторе — 10700 штук.
На концентратор лучи света направляют 62 гелиостата, расположенные на пологом склоне в шахматном порядке. Размер каждого гелиостата 7,5 на 6,5 метра.
Гелиостаты работают в автоматическом режиме, то есть, следуя за солнцем, они распределяют солнечые потоки на главном концентраторе таким образом, чтобы в печи создавалась нужная температура: от 800 до 3000 градусов.
В технологической башне напротив концентратора расположена сама печь, а также специальный шторно-щелевой затвор, который позволяет получить луч нужной формы и контролирует длительность температурного воздействия.
В первую очередь, такая солнечная печь нужна, конечно, не для простой переплавки металлов, хотя такую функцию она тоже может выполнять. Основная задача комплекса — это научные исследования.
Скажем, нам нужно узнать, как будет вести себя обшивка космического корабля при резком солнечном воздействии и нагреве корпуса до 2000 градусов в течении двух секунд. Без такого комплекса провести подобные исследования будет непросто.
Количество солнечных дней в этом районе около 270.
Разреженный горный воздух также способствует чистоте экспериментов.
Эта фотография была бы невозможна без нашего друга anton_ermachkov :)
А вокруг этой космической красоты — деревни.
Тут растят виноград.
При выезде из Узбекистана, несмотря на все официальные согласования и письма, а также сам факт того, что эта съёмка состоялась, эти фотографии были удалены с флешки по требованию узбекского КГБ. По их мнению, этот объект считается секретным. Для сравнения: подобный комплекс во Франции ежегодно посещают 80 тысяч туристов из разных стран мира.
Автор: Владимир ОТРОЩЕНКО
Человек живет нуждами своими. На железе все стоит. Не на мечах, а на железе.
Павло Загребельный
Современная «классическая» металлургия весьма консервативна. Методы выплавки стали и чугуна придуманы десятки веков назад, а прокатка различных профилей уже полтораста лет не претерпевает сколь-нибудь революционных изменений.
Но наука о металлах не стоит незыблемо наподобие тысячелетней железной колонны в Индии, а даже мелкими шажками, но движется вперед. И хотя каждый шаг вроде бы невелик, но сулит в перспективе, близкой или дальней, прямо-таки кардинальные перемены в индустрии. Как бы ни были хороши и увлекательны IT-технологии и прочие нанопридумки – металлы никто не отменял и никогда не заменит.
Современная электропечь для получения кремния
Сталевар по имени Солнце
Черная металлургия накануне технологической и экологической революции! А все потому, что изобретен революционный способ получения железа, обещающий цивилизации лишиться громадных выбросов парниковых газов, неизменно присущих этому процессу. До сих пор основным методом получения чугуна и стали остается плавление железных руд в домнах при очень высоких температурах. При этом в атмосферу Земли ежегодно выбрасывается 6,8 трлн т углекислого газа. Но вот профессор Университета Джорджа Вашингтона (США) Стюарт Лихт изобрел метод плавки железа с использованием энергии Солнца.
Стюарт Лихт и его коллега Ван Бао из Северо-Восточного университета в Дацине (Китай) разработали процесс, исключающий выброс CO2 в атмосферу. Для инновационного получения железа они предложили термо-электрохимический процесс (STEP). Ученые показали, что железную руду, будь то гематит или магнетит, можно плавить в растворе карбоната лития при куда более низких температурах — порядка 800°C. Такой температуры можно достичь, используя сфокусированные лучи Солнца.
По сути, учеными впервые изобретен преобразователь солнечной энергии со 100-процентным КПД: свет нагревает расплав, а та часть энергии, которую удается преобразовать в ток фотоэлектрическим методом, идет на электролиз. Открытие STEP-процесса стало итогом более чем 20-летней работы профессора Лихта. Год назад он показал, что STEP-технологию можно использовать для утилизации углекислого газа и получения углеводородного топлива. По оценкам ученых, новое применение технологии STEP позволит снизить объемы выбрасываемых парниковых газов на четверть.
Используя электроток, полученный от солнечных батарей, ученые предлагают затем расщеплять расплав на ионы железа и кислорода. Так, ионы Fe и O осядут на электродах, а углекислый газ не будет загрязнять атмосферу. «Использование STEP-процесса окажется эффективным. Это позволит размещать сталеплавильные заводы в новых географических положениях, в том числе близко к крупным городам и в районах с солнечным климатом», — убежден Лихт.
«Если STEP-процесс удастся реализовать в широких промышленных масштабах, его ждет достойное будущее», — пояснил Нил Вудбери, эксперт по возобновляемым источникам энергии из Университета Аризоны.
Взболтать, но не перемешивать!
Да, жидкий металл может перемешиваться сам! Впервые в расплаве металла экспериментально зафиксировано явление, предсказанное еще в 1979 году. Все это время ученые регистрировали только косвенные признаки объединяющего несколько областей физики интересного эффекта, а вот успеха добилась группа исследователей из университета штата Иллинойс.
Специалистам посчастливилось наблюдать, как действуют в жидком металле термоэлектрические магнитогидродинамические потоки (TEMHD). Они возникают в расплаве металла при взаимодействии градиента температуры, электричества и магнитного поля, и в результате жидкость приходит в движение. Ученые использовали расплав лития: металл поместили в контейнер из нержавеющей стали с площадью дна около 10 см2, глубина слоя лития составила порядка 1 см. Потом находящийся в магнитном поле контейнер с жидким металлом обстреляли направленным пучком электронов, добиваясь большой разницы температуры в определенных точках жидкости.
Литий, этот легчайший элемент, имеет сильные термоэлектрические свойства: разница в температуре разных его слоев и имеющейся подложки привела к возникновению внутри жидкости электрического тока, который замкнул свое кольцо через металлическое дно чаши. В результате взаимодействия этого тока и внешнего поля возникали силы, закручивающие расплавленную массу по часовой стрелке.
Сначала предполагалось, что явление перемешивания вызвано разницей сил поверхностного натяжения в различных местах расплава из-за все того же градиента температур (так называемый эффект Марангони). Более тщательное исследование, однако, убедило ученых, что он ни при чем. Зато объяснить движение можно с помощью TEMHD. Ученые полагают, что TEMHD-потоки найдут широкое применение как в металлургии, так и в термоядерных реакторах будущего.
Наношарики из золота
Золотой, гибкий, проводящий
Да, американцев в научных исследованиях не остановить и не превзойти! Даже британским ученым. Так, физики из университета штата Мичиган в городе Энн-Арбор (США) создали особый тип проводника из наношариков из золота и полиуретана, способный растягиваться в 4—5 раз при сохранении электропроводности. Новый материал послужит основой для гибких мобильных телефонов, планшетов и других приборов.
«По своей сути наш материал ведет себя как эластичный металл, — поясняет Николай Котов, руководитель научной группы. — При этом он лишь первый представитель этого нового семейства проводников, которые можно изготавливать из самых разных наночастиц для любых целей. Когда мы растягиваем наш проводник, наночастицы золота перераспределяются, поддерживая его проводящие свойства, что объясняет удивительную комбинацию из высокой гибкости и проводимости».
Котов и его коллеги изобрели принципиально новый тип сверхгибкого металла, анализируя плюсы и недостатки различных методик их создания, к примеру «змеек» из нанопроволоки. Они обратили внимание на, казалось бы, самый неудачный вариант — комбинацию из гибкой полимерной матрицы и заключенных в нее наночастиц металла.
Физики предполагали, что такой материал будет крайне плохо проводить ток из-за сопротивления на границах между металлическими наносферами. Но эта конструкция обладает и особыми плюсами: она умеет хорошо растягиваться, и при этом наночастицы в ней могут менять свое положение, что улучшает ее проводящие свойства при деформации. Ученые на практике сравнили эти «плюсы» и «минусы», собрав несколько таких проводников из наношариков золота и полиуретанового наполнителя.
К удивлению исследователей, этот материал неплохо проводил ток — на уровне металлических дорожек в современной электронике и мог растягиваться в 4—5 раз без снижения своих качеств. По словам Котова и его коллег, это позволяет использовать такие материалы в качестве основы для гибкой электроники и проводников в кардиостимуляторах и протезах, где нужна высокая гибкость. «За гибкими устройствами будущее — это верно, но эта гибкость будет не снаружи, а внутри наших устройств», — говорит ученый.
Металл заживляется сам
В научно-фантастических фильмах не раз показывали, как затягивались раны уже, казалось бы, совершенно побежденного киборга (варианты: монстра, воина в волшебных доспехах и пр.). Совсем ли это фантастика? И да, и нет, и это уже достаточно долго обсуждается (но пока не продается, даже и не ждите). Речь идет о самовосстанавливающихся материалах, работающих по принципу: если сам не позаботишься о себе, то кто же еще это сделает?
Самовосстанавливающиеся материалы способны частично или полностью регенерировать причиненные им повреждения, например образовавшиеся трещины. Такие материалы открыли бы огромные возможности, особенно в тех случаях, когда в труднодоступных зонах необходимо обеспечить надежность материалов на как можно более длительный срок.
Кроме того, «самозаживление» было бы идеально для материалов, склонных к повреждениям, например для поверхностных покрытий. Для инженерных целей разрабатываются различные стратегии и подходы в создании регенерирующихся материалов. Исследования проводятся, в частности, для металлов, керамики и полимеров в России, ФРГ и в тех же Штатах.
Самовосстановление трещин в никеле
Вот и выяснилось: даже металл может самозаживляться, затягивая свои микротрещины. Материаловеды из Массачусетсского технологического института установили такую их способность при определенных условиях. Ученые проводили эксперименты с образцами никеля, содержащими микротрещины. Образцы подвергали растяжению, которое теоретически должно было привести к его разлому. Однако вместо этого трещины смыкались, происходило самовосстановление металла.
Эффект наблюдали аспирант Сю Гоцян и профессор кафедры материаловедения и технического проектирования Майкл Демкович. Необычное поведение металла требовало объяснения с физической точки зрения. Ученые решили выяснить, как в кристаллической решетке металла границы зерен взаимодействуют с трещинами. Предпринятое исследователями компьютерное моделирование показало, что в отдельных случаях растяжение может менять структуру металла и вызывать миграцию границ зерен. Перемещение границ зерен, по мнению ученых, и дает разгадку самовосстановления трещин.
Гоцян и Демкович выяснили, что обусловленное этим эффектом самовосстановление металла происходит только при одном условии. А именно при наличии дисклинации — дефекта, при котором образуется упругое искажение кристаллической решетки, связанное с поворотом одной части кристалла относительно другой и вызывающее изменение взаимного расположения атомов и симметрии кристалла.
Интенсивное поле напряжения, возникающее при дисклинации, может при определенных условиях действовать обратно эффекту приложенной силы. То есть если растянуть края трещины в металле с таким дефектом в разные стороны, то трещина не увеличится, а исчезнет. Как отмечает М.Демкович, эффект самозатягивания трещин может использоваться в авиации, при бурении нефтяных скважин и в других областях промышленного производства, а также бороться с усталостью металлов, предотвращать формирование нано- и микротрещин и «залечивать» их.
masterok
Подобных сооружений на самом деле в мире насчитывается несколько. Давайте мы начнем с Solar Furnace in France, т.е с Франции.
Солнечная Печь во Франции предназначена для выработки и концентрации высоких температур, необходимых для различных процессов.
Это осуществляется посредством улавливания солнечных лучей и концентрирования их энергии в одном месте. Сооружение покрыто изогнутыми зеркалами, их сияние настолько велико, что смотреть на них бывает невозможно, до боли в глазах. В 1970 году было воздвигнуто это сооружение, в качестве самого подходящего места были выбраны Восточные Пиренеи. И до сегодняшнего дня Печь остается крупнейшей во всем мире.
На массив зеркал возложены функции параболического отражателя, а высокий температурный режим в самом фокусе может доходить до 3500 градусов. Причем и регулировать температуру можно с помощью изменения углов наклона зеркал.
Солнечная Печь, используя такой природный ресурс как солнечный свет, считается незаменимым способом для получения высоких температур. А они, в свою очередь, используются для разнообразных процессов. Так, производство водорода требует температуры в 1400 градусов. Тестовые режимы материалов, проводящиеся в высокотемпературных условиях, предусматривают температуру 2500 градусов. Так тестируются космические аппараты и атомные реакторы.
Так что Солнечная Печь – не просто удивительное здание, но и жизненно необходимое и эффективное, при этом оно считается экологичным и относительно дешёвым способом получить высокие температуры.
Массив зеркал действует в качестве параболического отражателя. Свет фокусируется в одном центре. И температура там может достигать температур, при которых можно плавить сталь.
Но температуру можно регулировать, устанавливая зеркала под разными углами.
Например, температура около 1400 градусов используется для производства водорода. Температура 2500 градусов – для тестирования материалов в экстремальных условиях. Например, так проверяют атомные реакторы и космические аппараты. А вот температура до 3500 градусов применяется для изготовления наноматериалов.
Солнечная Печь – недорогой, эффективный и экологичный способ получения высоких температур.
На юго-западе Франции замечательно приживается виноград и вызревают всевозможные фрукты — жарко! Кроме прочего, солнце здесь светит чуть не 300 дней в году, а по количеству ясных дней эти места уступают, пожалуй, только Лазурному берегу. Если же охарактеризовать долину около Одейо с точки зрения физики, то мощность светового излучения здесь составляет 800 ватт на 1 квадратный метр. Восемь мощных лампочек накаливания. Немного? Достаточно, чтобы кусочек базальта растекся лужицей!
Давайте дальше продолжим экскурсию с журналом Onliner.by:
— Солнечная печь в Одейо обладает мощностью 1 мегаватт, и для этого необходимо почти 3 тысячи метров зеркальной поверхности, — рассказывает Серж Шовин, смотритель местного музея солнечной энергии. — Причем собрать свет с такой большой поверхности нужно в фокусную точку диаметром со столовую тарелку.
Напротив параболического зеркала установлены гелиостаты — специальные зеркальные плиты. Их 63 штуки со 180 секциями. У каждого гелиостата своя «точка ответственности» — сектор параболы, на который отражается собранный свет. Уже на вогнутом зеркале лучи солнца собираются в точку фокуса — ту самую печь. В зависимости от интенсивности излучения (читай — ясности неба, времени суток и поры года) температуры можно достичь самые разные. В теории — до 3800 градусов по Цельсию, в реальности выходило до 3600.
— Вместе с движением солнца по небу двигаются и гелиостаты, — начинает свою экскурсию Серж Шовин. — Сзади у каждого установлен двигатель, а все вместе они управляются централизованно. Необязательно устанавливать их в идеальную позицию — в зависимости от задач лаборатории градус в точке фокуса можно варьировать.
Солнечную печь в Одейо начали строить в начале 60-х, а в строй ввели уже в 70-х. Долгое время она оставалась единственной в своем роде на планете, однако в 1987-м копию возвели неподалеку от Ташкента. Серж Шовин улыбается: «Да-да, именно копию».
Советская печь, к слову, тоже остается действующей. На ней, правда, проводят не только опыты, но и выполняют некоторые практические задачи. Правда, расположение печи не позволяет достичь таких же высоких температур, как во Франции — в точке фокуса узбекским ученым удается получить менее 3000 градусов.
Параболическое зеркало состоит из 9000 пластинок — фацетов. Каждая из них отполирована, имеет алюминиевое напыление и чуть вогнута для лучшей фокусировки. После постройки здания печи все фацеты были установлены и откалиброваны вручную — на это ушло три года!
Серж Шовин ведет нас на площадку неподалеку от здания печи. Вместе с нами — группа туристов, прибывших в Одейо на автобусе — поток любителей научной экзотики не иссякает. Музейный смотритель собрался наглядно продемонстрировать скрытый потенциал солнечной энергии.
— Мадам и месье, ваше внимание! — Серж хоть и выглядит скорее как ученый, больше похож на актера. — Свет, излучаемый нашей звездой, позволяет мгновенно нагревать материалы, воспламенять и плавить их.
Сотрудник солнечной печи поднимает обычную ветку и размещает ее в большом чане с зеркальной внутренней поверхностью. У Сержа Шовина уходит несколько секунд на поиск точки фокусировки, и палка моментально вспыхивает. Чудеса!
Пока французские бабушки и дедушки ахают и охают, музейщик переходит к отдельно стоящему гелиостату и двигает его ровно так, чтобы отраженные лучи попали в уменьшенную копию параболического зеркала, установленного тут же. Это еще один наглядный эксперимент, показывающий возможности солнца.
— Мадам и месье, сейчас мы будем плавить металл!
Серж Шовин устанавливает в держатель кусочек железа, двигает тисками в поиске точки фокуса и, найдя ее, отходит на небольшое расстояние.
Солнце быстро делает свое дело.
Кусочек железа моментально нагревается, начинает дымить и даже искрить, поддаваясь жарким лучам. Буквально за 10—15 секунд в нем прожигается дырочка размером с монету в 10 евроцентов.
— Вуаля! — ликует Серж.
Пока мы возвращаемся в здание музея, а французские туристы рассаживаются в кинозале для просмотра научного фильма о работе солнечной печи и лаборатории, смотритель рассказывает нам любопытные вещи.
— Чаще всего люди спрашивают, зачем все это нужно, — разводит руками Серж Шовин. — С точки зрения науки возможности солнечной энергии изучены, применены где это возможно в быту. Но существуют задачи, которые по своему масштабу и сложности исполнения требуют установок, подобных этой. Например, как нам смоделировать воздействие солнца на обшивку космического корабля? Или нагрев спускаемой капсулы, возвращающейся с орбиты на Землю?
В специальной тугоплавкой емкости, установленной в точке фокуса солнечной печи, можно воссоздать такие, без преувеличения, неземные условия. Подсчитано, например, что элемент обшивки должен выдерживать температуру в 2500 градусов по Цельсию — и опытным путем это можно проверить здесь, в Одейо.
Смотритель ведет нас по музею, где установлены различные экспонаты — участники многочисленных экспериментов, проведенных в печи. Наше внимание привлекает тормозной карбоновый диск…
— О, эта штука от колеса болида Формулы-1, — кивает Серж. — Ее нагрев в некоторых условиях сопоставим с тем, что мы можем воспроизвести в лаборатории.
Как уже говорилось выше, температурой в точке фокуса можно управлять при помощи гелиостатов. В зависимости от проводимых опытов она варьируется от 1400 до 3500 градусов. Нижний предел необходим для производства водорода в лаборатории, диапазон от 2200 до 3000 — для тестирования различных материалов в условиях экстремального нагрева. Наконец, выше 3000 — область работы с наноматериалами, керамикой и созданием новых материалов.
— Печь в Одейо не выполняет практических задач, — продолжает Серж Шовин. — В отличие от узбекских коллег, мы не зависим от собственной хозяйственной деятельности и занимаемся исключительно наукой. Среди наших заказчиков не только ученые, но и самые разные ведомства, например оборонное.
Мы как раз останавливаемся у керамической капсулы, которая оказывается корпусом корабля-беспилотника.
— Военное министерство построило солнечную печь меньшего диаметра для собственных практических нужд здесь же, в долине у Одейо, — говорит Серж. — Ее можно увидеть с некоторых участков горной дороги. Но за научными экспериментами они все равно обращаются к нам.
Смотритель объясняет, в чем преимущество солнечной энергии перед любой другой в ходе выполнения научных задач.
— Во-первых, солнце светит бесплатно, — загибает он пальцы. — Во-вторых, горный воздух способствует проведению опытов в «чистом» виде — без примесей. В-третьих, солнечный свет позволяет нагревать материалы значительно быстрее, чем любые другие установки, — для некоторых экспериментов это крайне важно.
Любопытно, что печь может работать практически круглый год. По словам Сержа Шовина, оптимальным месяцем для проведения экспериментов является апрель.
— Но если нужно, кусочек металла для туристов солнце расплавит хоть в январе,— улыбается смотритель. — Главное, чтобы небо было ясным и безоблачным.
Одним из неоспоримых преимуществ самого существования этой уникальной лаборатории является полная ее открытость для туристов. Ежегодно сюда приезжает до 80 тысяч человек, и это делает для популяризации науки среди взрослых и детей намного больше, чем школа или университет.
Фон-Ромё-Одейо — типичный пасторальный французский городок. Его главное отличие от тысяч таких же — сосуществование таинства бытовой жизни и науки. На фоне 54-метровой зеркальной параболы — горные молочные коровы. И постоянное жаркое солнце.
Теперь перейдем у другому сооружению.
В сорока пяти километрах от Ташкента, в Паркентском районе, в предгорьях Тянь-Шаня на высоте 1050 метров над уровнем моря находится уникальное сооружение — так называемая Большая Солнечная Печь (БСП) мощностью в тысячу киловатт. Она расположена на территории Института материаловедения НПО «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. Таких печей в мире всего две, вторая находится во Франции.
- БСП была запущена в эксплуатацию еще при Союзе в 1987 году, — рассказывает ученый секретарь Института материаловедения НПО «Физика-Солнце» кандидат технических наук Мирзасултан Маматкасымов. — Для сохранения этого уникального объекта из госбюджета выделяются достаточные средства. Две лаборатории института расположены у нас, четыре — в Ташкенте, где находится основная научная база, на которой осуществляется изучение химических и физических свойств новых материалов. У нас же производится процесс их синтеза. Мы экспериментируем с этими материалами, наблюдая за процессом плавки при различных температурах.
БСП представляет собой сложный оптико-механический комплекс с автоматическими системами управления. Комплекс состоит из гелиостатного поля, расположенного на склоне горы и направляющего солнечные лучи в параболоидный концентратор, который представляет собой гигантское вогнутое зеркало. В фокусе этого зеркала создается высочайшая температура — 3000 градусов по Цельсию!
Гелиостатное поле состоит из шестидесяти двух гелиостатов, расположенных в шахматном порядке. Они обеспечивают зеркальную поверхность концентратора световым потоком в режиме непрерывного слежения за Солнцем в течение всего дня. Каждый гелиостат размером семь с половиной на шесть с половиной метров состоит из 195 плоских зеркальных элементов, называемых «фацетами». Отражающая площадь гелиостатного поля равна 3022 квадратных метров.
Концентратор, на который гелиостаты направляют солнечные лучи, представляет собой циклопическое сооружение высотой сорок пять метров и шириной пятьдесят четыре метра.
Следует отметить, что преимущество солнечных печей, по сравнению с печами других типов, состоит в мгновенном достижении высокой температуры, позволяющей получать чистые материалы без примесей (благодаря также чистоте горного воздуха). Используются они для нефтегазовой, текстильной и ряда других промышленностей.
Зеркала имеют определенный срок эксплуатации и рано или поздно выходят из строя. В наших цехах мы изготавливаем новые зеркала, которые устанавливаем взамен старых. Их только в концентраторе 10700, а в гелиостатах 12090 штук. Процесс изготовления зеркал происходит в вакуумных установках, где на поверхность отработанных зеркал напыляется алюминий.
Фергана.Ру: - Как вы решаете проблему поиска специалистов, ведь после развала Союза происходил их отток за рубеж?
Мирзасултан Маматкасымов: - В момент запуска установки в 1987 году здесь работали специалисты из России, Украины, которые обучали наших. Благодаря нашему опыту теперь мы имеем возможность готовить специалистов в этой области самостоятельно. Молодежь приходит к нам с физического факультета Национального университета Узбекистана. Сам я после окончания университета работаю здесь с 1991 года.
Фергана.Ру: - Когда взираешь на это грандиозное сооружение, на ажурные металлические конструкции, как бы парящие в воздухе и при этом поддерживающие «броню» концентратора, в памяти всплывают кадры научно-фантастических фильмов…
Мирзасултан Маматкасымов: - Ну, на моем веку снимать научную фантастику, используя эти уникальные «декорации», здесь пока никто не пытался. Правда, приезжали звезды узбекской эстрады, чтобы снимать свои клипы.
Мирзасултан Маматкасымов: - Сегодня мы будем плавить брикеты, спрессованные из порошкообразного оксида алюминия, температура плавления которого составляет 2500 градусов по Цельсию. В процессе плавки материал стекает с наклонной плоскости и капает в специальный поддон, где образуются гранулы. Их отправляют в керамический цех, расположенный неподалеку от БСП, где измельчают и применяют для изготовления различных керамических изделий, начиная от мелких нитеводителей для текстильной промышленности и заканчивая полыми керамическими шарами, внешне напоминающими бильярдные. Шары используются в нефтегазовой промышленности в качестве поплавков. При этом с поверхности нефтепродуктов, хранящихся в больших емкостях на нефтебазах, испарение уменьшается на 15-20 процентов. За последние годы мы изготовили около шестисот тысяч таких поплавков.
Для электротехнической промышленности мы изготавливаем изоляторы и другие изделия. Они отличаются повышенной износостойкостью и прочностью. Кроме оксида алюминия мы также используем более тугоплавкий материал — оксид циркония с температурой плавления 2700 градусов по Цельсию.
Контроль за процессом плавки осуществляется так называемой «системой технического зрения», которая оснащена двумя специальными телекамерами. Одна из них непосредственно передает изображение на отдельный монитор, другая — на компьютер. Система позволяет как наблюдать за процессом плавки, так и проводить различные измерения.
Следует добавить, что БСП используют и как универсальный астрофизический инструмент, открывающий возможности проведения исследований звездного неба в ночное время.
Кроме вышеперечисленных работ в институте большое внимание уделяется изготовлению медицинского оборудования на базе функциональной керамики (стерилизаторы), абразивных инструментов, сушилок и многого другого. Такое оборудование успешно внедрено в медицинские учреждения нашей республики, а также в аналогичные учреждения Малайзии, Германии, Грузии и России.
Параллельно в институте были разработаны солнечные установки малой мощности. Так, например, учеными института созданы солнечные печи мощностью полтора киловатт, которые были установлены на территории Таббинского института металлургии (Египет) и в Международном металлургическом центре в Хайдарабаде (Индия).
Читайте также: