неизвестен Автор - Эврика-86

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.