Штурм абсолютного нуля

Бурмин Генрих Самойлович

Практически перешагнуть этот барьер можно только при использовании сверхпроводимости.

Сверхпроводящая машина постоянного тока имеет неподвижный индуктор с обмотками возбуждения и вращающийся якорь.

Сверхпроводящие обмотки возбуждения располагаются в неподвижном криостате. В его центральном отверстии вращается «теплый» обычный якорь.

Плотность тока в обмотке сверхпроводящей машины может достигать 1000 ампер на квадратный миллиметр. При таком токе возбуждается достаточно сильное магнитное поле без помощи железа и отпадает

надобность в ферромагнитном сердечнике.

Если учесть, что в обычных электрических машинах основную массу составляет железо, то нетрудно себе представить, насколько уменьшаются габариты и масса сверхпроводящей машины. Многие детали машины могут быть изготовлены из… пластмассы.

Малая инерционность и хорошая регулируемость сверхпроводящего электродвигателя постоянного тока создают хорошие перспективы для его применения в качестве привода прокатных станов, больших насосов и вентиляторов на электростанциях, шахтных подъемников и в ряде других отраслей промышленности.

Особенно перспективным является применение сверхпроводящих электрических машин в морском транспорте.

При проектировании электрического привода для кораблей редко удавалось преодолеть трудности, связанные с габаритами и стоимостью. На современных судах мощность на валу нередко превышает 30 миллионов ватт, что намного превосходит возможности обычных двигателей постоянного тока.

Сверхпроводящие машины постоянного тока обладают достаточной мощностью для непосредственного привода винта, а также для приведения в действие всех вспомогательных установок корабля, нуждающихся в электрическом питании. Подсчитано, что применение на танкерах и контейнеровозах сверхпроводящих электродвигателей даст возможность увеличить пространство, занимаемое грузом, на 10–20 %.

А знаете ли вы, что такое магнитогидродинамический генератор, или сокращенно МГД — генератор?

Уже его внешний вид ломает традиционное представление об электрических машинах. В нем нет вращающихся частей.

Принцип действия МГД — генератора заключается вкратце в следующем. Газ нагревается, например, путем сжигания какого-либо горючего до температуры порядка 3000К. Для повышения степени ионизации в газ добавляется небольшое количество щелочных металлов. В результате газ становится электропроводным: он превращается в так называемую низкотемпературную плазму.

Поток такой плазмы пропускается с большой скоростью через канал, помещенный в сильное магнитное поле, которое может создаваться, например, сверхпроводящими магнитами. При этом отклоняемые магнитным полем ионы и электроны создают на специально введенных электродах электрическое напряжение.

Плазма покидает МГД — генератор при относительно высокой температуре. Следовательно, она уносит с собой часть тепла. Для его использования плазма после выхода из канала МГД — генератора попадает в парогенератор, где ее достаточно высокий запас тепла расходуется для получения пара.

Таким образом, плазма

работает как бы дважды: в канале МГД — генератора из нее непосредственно извлекают электрическую энергию, а затем, несколько охладившись и превратившись в обычный неэлектропроводный газ, она отдает оставшееся тепло пару, который вращает турбину и сидящий с ней на валу электрический генератор.

У нас в стране сооружается первый промышленный гидродинамический энергетический блок мощностью 550 миллионов ватт. Он состоит из МГД — генератора мощностью 250 миллионов ватт и стандартной паровой турбины мощностью 300 миллионов ватт.

Главное преимущество МГД — метода преобразования энергии — высокий коэффициент полезного действия. По расчетам специалистов, относительное увеличение коэффициента полезного действия МГД — электростанции по сравнению с тепловой может составить около 25 %.

При сегодняшнем уровне выработки электроэнергии увеличение коэффициента полезного действия тепловых электростанций на такую величину сэкономило бы в нашей стране 75 миллионов тонн топлива (в пересчете на условное) в год или позволило при том же расходе выработать дополнительно 250 миллиардов киловатт — часов энергии.

МГД — генераторы со сверхпроводящими магнитами отличаются относительно малой массой. Поэтому их особенно разумно использовать в авиации или при космических полетах.

Читатель, наверное, помнит «гроб Магомета», о котором шла речь в главе четвертой. Такое шутливое название получил проведенный в 1945 году эффектный эксперимент московского профессора с небольшим постоянным магнитом, который парил над сверхпроводящей чашей.

Теперь мы в силах заставить парить в воздухе не только «гроб Магомета», но целый железнодорожный состав.

…В наш век больших скоростей тон задают космические ракеты и сверхзвуковые самолеты. Но и «старушка» железная дорога старается не отставать от требований века. Ведь и сегодня большая часть людей и грузов перевозится железнодорожным транспортом.

Люди старшего поколения помнят время, когда поезд преодолевал расстояние от Москвы до Ленинграда чуть ли не за сутки. Сегодня поезд, отправляющийся из Москвы поздно вечером, прибывает в город на Неве рано утром.

Можно ли увеличивать скорость обычного поезда беспредельно?

С повышением скорости увеличиваются вибрации, обусловленные неровностями пути и колес. При чрезвычайно большой скорости горизонтальные вибрации (рыскание) становятся столь большими, что они могут привести к катастрофе. При чрезмерной скорости вследствие больших вибраций нарушается нормальное функционирование системы подвески контактного провода.

Специалисты считают, что предельная скорость обычного железнодорожного состава не должна превышать 250 километров в час.