Загрузить архив: | |
Файл: ref-22890.zip (28kb [zip], Скачиваний: 82) скачать |
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
НГТУ
Реферат
«Современные теории получения экологически чистой энергии»
Факультет: ЭН
Группа: ТЭ-21
Студент: Дугушкин Д.
Преподаватель: Макаренко В. К.
Новосибирск 2005
Введение. PAGEREF _Toc117589150 h 3
Смерчи. PAGEREF _Toc117589151 h 5
Шаровая молния. PAGEREF _Toc117589152 h 9
«Холодные» термоядерные установки. PAGEREF _Toc117589153 h 13
Заключение. PAGEREF _Toc117589154 h 16
Список литературы.. PAGEREF _Toc117589155 h 17
Человечествопотребляет длясвоих нужд громадное количество энергии, и потребности в ней пока увеличиваются вдвое каждые 25 лет. За девяносто лет, прошедших с начала прошлого века, энергопотребление выросло более чем в 12 раз. Соответственно выросла и добыча энергетических ресурсов - угля, нефти, природного газа, гидроэлектроэнергии, Появилась атомная энергетика, но главное место в общем балансе по-прежнему занимают нефть, природный газ и уголь, имеющие, примерно, равное значение. Прошедший в конце 70-х - начале 80-х годов энергетический кризис показал, что запасов энергетики полезных ископаемых не так уж и много, и, хотя острота этоговопроса пока спала, пришлось серьезно задуматься над будущим энергетики. Но еще острее стоит вопрос об экологии энергетики. Уже сегоднямногие страны, в том числе развитые капиталистические, вынуждены довольствоваться низкокалорийными топливами - бурыми углями, сланцами, торфами.Этивиды топлив дают высокий процент отходов, бурые угли содержат много серы; сернистый газ и выброс золы в атмосферу ужасающе загрязняют окружающую среду. Гидроэнергетика, «благодаря» плотинам, привела к уничтожению рыбных ресурсов и нарушила баланс воды. Гибнут реки и леса. Токсичные выхлопы транспорта и выбросы в атмосферу заводских труб, тепловых электростанций и теплоэнергоцентралей отравляют воздух. Если так дело пойдет и дальше, то скоро буквально нечем будет дышать. Много надежд возлагалось совсем недавно на атомную энергетику. Однако события в Чернобыле и на некоторых других атомных станциях в СНГ и за рубежом показали, чего она может стоить. Конечно, можно надеяться, что найдутся более безопасные, надежные и безотходные методы получения атомной энергии. Но не преувеличены ли эти надежды? А с другой стороны, что делать? Много десятков лет делаются попытки освоить термоядерный синтез. С начала пятидесятых годов ведутся интенсивные работы в этом направлении, вложены громадные средства, созданы комитеты, проведено несметное количество заседаний и конференций международного уровня,написаны диссертации, разработаны программы и созданы специальные заводы, обслуживающие эти программы.Даже получена «устойчивая» плазма, которая держится целую 0,01 секунды. Все есть, Нет только термояда -термоядерного способа получения дешевой энергии из океанского дейтерия, которого так много! И никто не знает, когда термояд будет и будет ли вообще. Сейчас срочно начали прорабатываться альтернативные способыполучения энергии, на которые раньше не обращали внимания. Ветроэнергетика. Энергия океанских волн и приливов. Солнечная энергия. Энергия тепла Земли и термальных источников. Есть даже предложение об использовании в качестве топлива сероводорода, растворенного в водах Черного моря. Эти источники заслуживают самого пристального внимания. Многие изних экологически чисты. Но в том объеме, в котором требуется энергия уже сегодня, не говоря о будущем, они вряд ли заменят нефть, газ и уголь. Кроме того, они неудобны: например, в автомобилях и в авиации их использовать затруднительно. Не отрицая полезности всего, что делается в области энергетики, хотелось бы обратить внимание на возможности, которые дает эфиродинамика. Но для того, чтобы понять эти возможности, надо сначала вспомнить о том, что иногда по Земле проносятся циклоны с сумасшедшими ветрами и даже ураганами и смерчи - естественные газовые вихревые образования, обладающие громадной неуправляемой энергией. Интересно бы знать, откуда они ее берут, эту энергию, и нельзя ли как-нибудь ее приспособить для пользы человечества.
Смерчи - одно из самых загадочных явлений природы. Ни причины образования смерчей, ни огромная всесокрушающая их энергия не нашли до сих пор
какого-либо
удовлетворительного объяснения, Мэттунский
смерч, прошедший над штатами Иллинойс
и Индиана 26мая
Если внимательно
рассмотреть фотографию смерча, то видно, что по всей его поверхности
проходит тонкий беловатый слой. Дело в том, что между телом смерча и окружающей его средой возникает пограничный
слой. Пограничный слой в газе
обладает особыми свойствами. В нем
перераспределяется энергия между
поступательным и диффузионным движениями газа, в нем максимальный перепад скорости струй газа - градиент скорости. А
чем больше градиент поступательной
скорости струи
газа, тем меньше энергии остается на долю диффузионного движения, тем ниже становится ее температура,
тем ниже вязкость. Поэтому в пограничном слое температура понижена,
следовательно, понижена и вязкость,
пропорциональная температуре. Получается,
что смерч
вращается как бы в подшипнике скольжения,
отделяющего его от остальной атмосферы. Этот подшипник уменьшает рассеивание энергии и тем самым
обеспечивает устойчивость смерча. Поскольку давление в газе пропорционально
температуре, то давление в пограничном
слое падает. При этом туда устремляются внешние
массы воздуха, в результате давление выравнивается за счет плотности, которая в пограничном слое выше, чем в свободном газе. На поверхности вихря уравновешены три силы: сила внутреннего
давления и
центробежная сила, действующие изнутри наружу, сила внешнего давления, действующая снаружи внутрь.
Силы в установившемся движении строго
компенсируют друг друга, однако при формировании
вихря такого равновесия нет. Поскольку
стенки вихря плотные, закон их вращения близок к закону вращения твердого тела.
Это значит, что центробежная сила увеличивается с увеличением радиуса. Но
стенки вихря - это все же уплотненный газ, а не жидкость и не твердое тело, а в газе силы сцепления молекул между собой практически отсутствуют. И,
следовательно, как только для элемента газа, находящегося на поверхности вихря,
сумма внутренних сил, включая
центробежную, превысит силу внешнего
давления, этот элемент газа будет выброшен
из тела вихря. Поэтому в вихре
всегда силы внутренние меньше или равны внешней силе. Когда вихрь формируется, сила внешнего атмосферного давления превышает
внутренние силы, и тело вихря начинает сжиматься внешним давлением. Это
хорошовидноиз
фотографийвихрей, возникающих
перед авиационным двигателем. При площади воздухозаборника порядка
Что же такое шаровая молния и какова ее природа? Шаровая молния - это одиночная ярко светящаяся относительно стабильная не большая
масса, которая наблюдается в атмосфере, плавающая в воздухе и перемещающаяся
вместе с потоками воздуха, содержащая в своем теле большую энергию исчезающая
тихо или с большим шумом типа
взрыва и не оставляющая после своего
исчезновения никаких материальных следов, кроме тех разрушений, которые она успела натворить. Обычно
возникновение шаровой молнии связано с
грозовыми явлениями и
естественной линейной молнией. Но это не обязательно. Известны
случаи, когда шаровая
молния выскакивает из обычной штепсельной розетки, из магнитного пускателя, укрепленного
на токарном станке. Также были случаи внезапного появления шаровой молнии на крыле летящего самолета, устойчиво
перемещающейся по крылу
от его конца к фюзеляжу. Каковы же свойства шаровых молний, почерпнутые из наблюдений за их поведением? Попробуем их
перечислить: размер
устойчивой шаровой молнии составляет от единиц до десятков сантиметров; форма - шарообразная или
грушевидная, но
иногда расплывчатая, по форме прилегающего предмета; яркая светимость, видимая в дневное время;
высокое энергосодержание
- 103- 107 Дж (однажды шаровая молния, забравшись в бочку с водой, испарила
зможное совпадающая ров), то шаровая молния является природным механизмом получения энергии из эфира. А поскольку эфир распространен повсеместно, то искусственные шаровые молнии позволили бы полностью решить проблему бессырьевого получения экологически чистой энергии в том количестве, которое необходимо в данном месте в данное время, Как можно получить шаровую молнию? Этого сегодня практически не знает никто. Можно, однако, высказать некоторые предположения. Если по проводнику пропустить ток, а затем его резко оборвать, то окружающее проводник магнитное поле должно самопроизвольно сжаться, локализоваться и образовать тело шаровой молнии. Однако такое схлопывание произойдет лишь в том случае, если будут созданы условия образования градиентного течения эфира на поверхности магнитного поля, если форма магнитного поля будет приближена к шаровой и если ток в проводнике будет оборван так резко, чтобы магнитное поле не успело спрятаться обратно в проводник. Все это требует крайне коротких фронтов импульсов, длительность которых не должна превышать десятых долей наносекунд при значениях токов в проводнике в десятки тысяч ампер. Электронные ключи, которые должны все это обеспечить, должны не только прерывать такие большие токи, но еще и противостоять электродвижущей силе самоиндукции в десятки и даже сотни киловольт, а собственная емкость этих ключей не должна превышать единиц пикофарад. Электронные ключи с подобными параметрами пока не созданы, и неизвестно, можно ли их вообще создать. Естественно, приходит на ум в качестве таких ключей использовать газовые или вакуумные разрядники. Но и разрядников с такими параметрами тоже не существует. Однако природа как-то умудряется обходиться и без электронных ключей, и без разрядников, и даже без гроз. Как это удается природе? Это одна из загадок, которую наука вынуждена будет решать, если хочет реально обеспечить человечество дешевой экологически чистой энергией в любом количестве в любой точке пространства и в любое время.
Прогресс в этой области может привести к созданию недорогих, неиссякаемых и простых в эксплуатации «настольных» источников энергии, грозит обессмыслить многомиллиардные вложения в создание установок «горячего термояда» и все больше привлекает к себе внимание военных. Группа ученых из университета Пердю (штат Индиана) под руководством Йибан Сюй и Адама Бата подтвердили, что механизм сонолюминисценции действительно приводит к протеканию ядерной реакции синтеза. Об этом свидетельствуют образующиеся в ходе реакции нейтроны. История «акустического термояда» берет начало в 2002 году, когда американский ученый Рузи Талейархан из Окриджской лаборатории продемонстрировал настольную лабораторную установку, в которой протекала реакция термоядерного синтеза. Всех потрясла уникальная простота и «красота» эксперимента - для этого потребовалось всего лишь «взрывать» крошечные пузырьки газа в холодной жидкости под действием ультразвуковых волн. «Если это так, то это просто чудо - и, вполне возможно, поворотный момент в человеческой истории», - заявил после демонстрации Андреа Просперетти из университета им. Джона Гопкинса в Балтиморе. Революционная работа вызвала шквал комментариев, в которых высказывались диаметрально противоположные мнения о работе. В экспериментальной установке группы доктора Талейархана для образования микроскопических пузырьков газа в жидком ацетоне использовался нейтронный пучок. При этом в ацетоне атомы обычного водорода были заменены атомами дейтерия - его более тяжелого изотопа. Удалось зарегистрировать как излучение света и ударные волны схлопывающихся пузырьков, так и сопутствующее им излучение высокоэнергетичных нейтронов с энергией 2,5 МэВ. Нейтроны именно такой энергии должны сопровождать превращение дейтерия в гелий. При этом удалось также зарегистрировать повышение уровня трития - еще одного продукта реакции синтеза. Этого удалось достичь благодаря тому, что при схлопывании пузырьков температура достигает огромных значений.Вместе с тем, подчеркивали скептики, экспериментальных данных о температуре пузырьков на тот момент не имелось. Определить ее удалось сотрудникам иллинойского университета Кен Суслик и Дэвид Флэнниган в марте 2005 года. Им удалось впервые экспериментально показать, что температура в пузырьках при их схлопывании достигает 15 тыс. градусов, а вспышки света, сопровождающие сонолюминисценцию, были настолько яркими, что были легко различимы невооруженным глазом. Теперь сторонники «холодного термояда» получили еще одно, особенно убедительное, подтверждение правоты Талейархана. Ученые поставили лабораторный эксперимент с использованием той же самой тестовой ячейки, которую использовал Талейархан, однако в качестве источника нейтронов применили Калифорний-252. Его преимущество заключается в том, что он является непрерывным, а не импульсным, источником нейтронов. Ацетон, в котором водород был заменен его тяжелым изотопом дейтерием, подвергался воздействию нейтронного потока и ультразвуковыхволн. Были зарегистрированы нейтроны энергии 2,5 МэВ - характерного признака протекания реакциисинтеза двух ядер дейтерия, а такжеобразование в жидкости еще болеетяжелого радиоактивного изотопаводорода - трития. При использовании обычного ацетона ни того, нидругого признака не наблюдалось.Неудача предыдущих экспериментов сизмерениями сонолюминисценции, вызванной акустическойкавитацией, была связана с тем, чтоони проводились в воде, и львинаядоля энергии поглощалась молекуламиводяныхпаров. Сернаякислота, использованная Сусликом иФланниганом, намного менее летуча, чем вода, вследствие чего газовые пузырьки состояли практическииз одного аргона с малой примесьюмолекул кислоты. А поскольку аргонсуществует в атомарном состоянии, энергия не расходовалась на разрыв этих связей либо возбуждение колебаний. В результате оказалось, чтопузырьки газа в серной кислоте подвоздействием сонолюминисценции вызывают свечение в 2700 раз более интенсивное, чем пузырьки в воде.Это позволило провести измерениятемпературы в пузырьках с намногоболее высокой точностью, чем прежде. О растущем осознании чрезвычайной важности результатов, полученных Талейарханом и его сторонниками, свидетельствует верный индикатор - военные. Агентство передовых оборонных исследований США DARPAвыделило группе Талейархана средства на продолжение работ и на обмен информацией по вопросам, имеющим отношение к «пузырьковому» ядерному синтезу. Стремительный прогресс «холодного термояда» ставит под большой вопрос целесообразность сооружения циклопических установок стоимостью многие миллиарды долларов - таких, как международный экспериментальный термоядерный реактор (ИТЭР) ценой около $13 млрд., сооружение которого начинается во Франции. Аналогичныйпроект создания сверхмощного лазера NIFстоимостью свыше $5 млрд., который позволит инициировать термоядерную реакцию в крошечной дейтериевой мишени, подвергается критике за чрезмерную дороговизну и малую обоснованность. На фоне этих астрономических сумм изящные «настольные» термоядерныеустановкиТалейархана и его сторонников, а также растущее доверие к полученным ими результатам,вызывают к себе все более пристальный интерес.
Современная наука пытается перевести мировую энергетику на экологически чистые источники энергии. Существуют различные способы осуществления этой идеи – в первую очередь это увеличение эффективности действующих установок, улучшение их технических и экологических характеристик. Второй путь – освоение нетрадиционных источников на основе последних физических открытий в области свойств материи. Это требует, прежде всего, разработки теорий, касающихся неисследованных, пока еще загадочных явлений. У природы есть еще не мало подобных явлений, что дает современной науке множество направлений для поиска решения энергетической проблемы. Эфиродинамика и акустический термоядерный синтез – одни из направлений в поисках экологически чистой энергии. Атмосферные вихри - смерчи и циклоны – это природные машины по переработке потенциальной энергии атмосферы в кинетическую энергию вихрей, поэтому естественно желание человека использовать эту громадную энергию для своих целей. Шаровая молния имеет множество необъяснимых свойств, если в будущем будет разгадана ее природа, это также даст возможность синтезировать энергию.
1. Ацюковский В. Глобальный вопрос человечества: где взять экологически чистую энергию? // Энергетика Сибири, 2005, №3, с 17-19
2. «Холодный» термояд обессмыслит «горячий»? // Энергетика Сибири, 2005, №3, с 23-24
3. CNews.ru
4. www.astuk.dart.ru