Т-232. Стратегия стрекозы: не нужно особо задумываться о будущем, когда появятся проблемы — что-нибудь придумаем. Жить, всякий знает, можно по-разному. Можно проводить время весело и беспечно, не думая о завтрашнем дне, эта стратегия не раз была представлена в художественной литературе, вспомните, например, басню «Стрекоза и муравей». Можно жить по-другому, полностью пожертвовать сегодняшним днём, все мысли, все силы отдать подготовке к неизвестностям будущего. В малых масштабах, в жизни отдельного человека, семьи подобные крайности встретишь редко, разве что вспомнится Плюшкин с его припрятанными на чёрный день сухарями. А вот всё человечество в целом, поглощённое суматохой текущих дел, о будущем нередко старается просто не думать. Посмотрите, с какой лёгкостью мы тратим уголь, нефть и газ, подбадривая себя порциями оптимизма: «Учёные уверены, что в недрах ещё очень много нефти, вполне хватит на 30 лет… А может быть, и на 40… Или даже на 50. Ура!».
Нельзя сказать, что в части энергетики человечество ведёт себя совсем уж беспечно. Кое-что делается, хотя многие специалисты считают, что этого недостаточно, что автомобиль мировой цивилизации может остановиться, не доехав до следующей бензоколонки. А многие профессионалы, наоборот, настроены оптимистично, они отмечают, что поиск новых крупномасштабных источников энергии ведётся на нескольких перспективных направлениях, почти на всех есть обнадёживающие результаты, а кое-где и реальные практические достижения.
Рядовому потребителю энергии наверняка хочется быть оптимистом, и поэтому ему интересно, видимо, хотя бы мельком взглянуть на эти новые перспективные направления и на то, как далеко они уже продвинуты вперед.
Т-233. Бесплатное электричество из бесплатного света. Возможности солнечной энергетики определяются одной цифрой, она имеет собственное имя солнечная постоянная и равна примерно 1,3 кВт/м2. Это означает, что 1,3 киловатта солнечного тепла приходится на каждый квадратный метр вблизи Земли, например, на квадратный метр солнечной батареи космического корабля. На Землю через атмосферу приходит поменьше, в жарких странах, наверное, около киловатта, то есть со сравнительно небольшой площади, с квадратного километра, можно в полдень снять неплохой урожай энергии.
Нельзя не сделать и несколько охлаждающих дополнений. Солнце утром и к концу дня светит намного слабее, а ночью его свет на выбранную территорию вообще не попадает. Вместе с тем в малых масштабах солнечное электричество уже используется, не говоря уже о том, что оно кормит микрокалькуляторы и небольшие радиоприёмники, ретрансляторы радиорелейных станций, небольшие водокачки на отдалённых пастбищах и космические аппараты на орбите. Есть также экспериментальные солнечные электростанции без фотоэлементов — несколько десятков зеркал направляют солнечные лучи на небольшой паровой котёл, пар, как обычно, вращает турбину, а она — электрогенератор.
ВК-268. Огромные человеческие силы, внимание и время сберегают миллионы сложных и очень простых (пять-десять деталей) электронных схем, управляющих различными процессами, как, например, движением щёток стеклоочистителя. В последнее время для этого широко используют МПУ — микропроцессорное управление. Его основа — выполненный в виде интегральной схемы сильно упрощённый компьютерный блок микропроцессор, управляющий разными устройствами — от турбины до куклы.
Большая энергетика тоже не отказывается от бесплатного солнечного тепла, в литературе появляются довольно смелые проекты, вот один из них. На стационарную околоземную орбиту выводятся огромные солнечные батареи, и собранную ими электроэнергию мощные передатчики с помощью остронаправленных антенн посылают на Землю в виде луча СВЧ-радиоволн. А вот другой проект. Часть электростанции размещают на аэростате, он поднят выше облаков, а собранную энергию превращают в перегретый пар и по трубопроводу направляют его в паровую турбину, которая стоит на земле и вращает ротор электрогенератора. У подобных фантастических проектов, конечно, сразу же появляются серьёзные критики, но опыт учит, что с отрицательными прогнозами торопиться не нужно.
Т-234. Атомная энергия — из претендентов в конкуренты. В любом источнике энергии, если разобраться, на нас работают одни и те же машины — атомы и молекулы. Многие из них очень давно получили свои энергетические запасы и теперь в разных физических процессах передают их друг другу и отдают нам. При этом работают атомы и молекулы в двух разных режимах — отдают энергию, запасённую либо в своих электронных оболочках, либо в своих атомных ядрах. В первом случае — это химия, в частности, реакции окисления, то есть горение, которым сегодня в основном и питается энергетика. Атомное ядро значительно более мощный источник, чем электронные оболочки, — ядерные реакции позволяют получить от атома в тысячи раз больше энергии, чем при его традиционном сжигании.
Существует два вида ядерных процессов, которые сопровождаются выделением энергии. Первый — это реакции деления, когда крупное ядро разваливается на более мелкие. Второй вид реакций, выделяющих энергию, — это синтез, когда два ядра сливаются в более крупное ядро. Уже много лет работает в энергетике цепная реакция деления ядер урана или плутония, распадаясь в атомных реакторах, они выделяют тепло, а дальше всё идёт по обычной цепочке: пар, паровая турбина, электрогенератор. При распаде уранового ядра из него вылетают нейтроны, некоторые попадают в другие ядра, разваливают их, из тех опять вылетают нейтроны, и процесс сам себя поддерживает — идёт цепная реакция. В атомной бомбе она развивается очень быстро, лавинообразно. В энергетическом реакторе, воздействуя на поведение нейтронов (например, перемещая графитовые стержни-замедлители), автоматика с многочисленными защитными системами управляет ходом цепной реакции, поддерживает медленное, спокойное «горение» урана.
Ещё лет 70–80 назад было понятно, что в принципе можно добывать энергию из атомного ядра, но даже ведущим профессионалам это казалось безнадёжным для практики делом. Вместе с тем через два-три десятилетия появились первые атомные электростанции, а сегодня в мире их уже больше сотни — атомная энергетика стала работающей реальностью. Но оказывается, что урана, который нужен для атомных реакторов электростанций, тоже не так уж много в земных недрах, кто-то подсчитал, что его, как и нефти, хватит на 30, максимум на 50 лет. Так что ядерная энергетика, основанная на реакциях деления, уже тоже должна думать об ограниченности запасов своего топлива. Этой проблемы практически не будет, если энергетика сумеет приручить известную ядерную реакцию синтеза — слияние ядер водорода в ядро гелия. Водород можно брать из воды, а её у нас достаточно — океаны. Для водородного синтеза нужен, правда, не только обычный, а ещё и тяжёлый водород дейтерий (изотоп, у которого в ядре кроме протона есть ещё и нейтрон), но его в Мировом океане тоже немало, хватит на миллионы лет.
Т-235. Термоядерный синтез — сквозь тернии к звезде. При слиянии ядер водорода (на самом деле водорода и дейтерия) выделяется во много раз больше энергии, чем при распаде атома урана, но воспользоваться этим не так-то просто. Электричество — вот главное препятствие на пути получения электроэнергии из реакций водородного синтеза. Ядро водорода — это протон, частица с положительным электрическим зарядом. Чтобы объединить два ядра протона, их надо сблизить, а при сближении этих двух «плюсов» они, естественно, взаимно отталкиваются. В какой-то момент ядерные силы преодолеют электрическое расталкивание, соединят два протона в одно ядро гелия, но могучие ядерные силы начинают действовать на очень малом расстоянии, чтобы прийти к нему, нужны огромные усилия, которые помогли бы преодолеть электрическое расталкивание протонов.
Водородный синтез — источник энергии звёзд, в том числе нашего Солнца, там протоны сближаются в основном благодаря огромному давлению в недрах звезды. В водородной бомбе этот процесс сверхсильного сжатия воспроизводится урановым взрывателем. Чтобы создать земной термоядерный реактор, создать спокойно работающую небольшую звезду, можно нагреть газообразный водород до нескольких десятков миллионов градусов. При такой температуре газ превратится в плазму, покинутые электронами ядра водорода (протоны) будут метаться с огромными скоростями (Т-8), набирая очень большую энергию, которая и преодолеет их электрическое расталкивание. Так что ключ к добыванию энергии из реакций водородного синтеза — это сверхвысокие температуры. Отсюда и название управляемый термоядерный синтез, сокращённо УТС, или, как уже давно принято называть его, термояд.
ВК-269. Несколько японских и американских фирм сообщили, что приступают к созданию орбитальных солнечных электростанций. Огромные солнечные панели каждой станции (их объявленная площадь — несколько квадратных километров) специальными преобразователями будут круглосуточно превращать солнечное излучение в сантиметровые радиоволны, которые острым лучом перенесут электрическую энергию на Землю в антенну приёмного центра, выдающего в итоге стандартный переменный ток.
Ещё полвека назад московские физики для термоядерных экспериментов придумали установку с загадочным названием ТОКАМАК, от слов ТОроидальная КАмера, МАгнитная Катушка. В установке водородная плазма находится в большой, напоминающей бублик, камере, на неё надета катушка, выполняющая роль первичной обмотки трансформатора, и с её помощью по плазменному кольцу внутри камеры, как по вторичной обмотке трансформатора, идёт очень сильный ток. Он и нагревает плазму до необходимых термоядерных температур. А чтобы огненное кольцо плазмы не касалось стенок, его удерживают в центре камеры сильным магнитным полем, которое создаётся катушкой, навитой на «бублик». К сожалению, к этой красивой идее природа сделала своё дополнение: из-за каких-то поначалу непонятных хаотических процессов плазменное кольцо почти сразу же разрушается, и плазма падает на стенки, теряя температуру.