Покоренная плазма

Ученые давно стали задумываться над тем, как суметь непосредственно, без промежуточных ступеней, превращать тепло в электричество. И вот решающее слово предоставили плазме.

Как устроена плазменная динамо-машина, можно понять из рисунка. В атомном реакторе, или топке, которые на рисунке не показаны, создается очень высокая температура. Благодаря этому газ очень сильно нагревается и превращается в плазму. Расширяясь, он с огромной скоростью вырывается через сопло наружу. Струя плазмы попадает в промежуток между двумя полюсами электромагнита, и заряженные частицы — электроны и ионы — немедленно начинают испытывать воздействие магнитных сил. Они тормозятся магнитным полем и изменяют направление своего полета. Электроны выталкиваются наверх, к катоду, а положительно заряженные ионы устремляются вниз, к аноду. Достаточно присоединить к катоду и аноду нагрузку, и в цепи возникнет электрический ток. Он может вращать моторы, нагревать спирали электроприборов и производить другую работу.

В плазменной динамо-машине нет вращающихся деталей. Струя плазмы, получающаяся в результате сгорания топлива, заменила тяжелый громоздкий якорь, а ее тепловая энергия непосредственно превратилась в ток.

Первые модели плазменных генераторов еще далеки от совершенства, однако они почти в полтора раза экономичнее обычных генераторов. Представьте себе, как велика была бы выгода, если бы заменить старые генераторы новыми, плазменными! Но этого пока сделать нельзя, и вот почему.

Главным недостатком плазменных, или, как их называют ученые, магнитогидродинамических генераторов является то, что их катоды и аноды, принимающие заряженные частицы, не выдерживают длительной работы. Струя плазмы слишком горяча, и электроды быстро выходят из строя. Правда, сейчас ученые добились того, что их генератор мощностью восемь киловатт может непрерывно работать в течение часа. Это, кстати, намного больше, чем у аналогичных машин, созданных американскими учеными.

Препятствия, которые мешают внедрению плазменных генераторов сегодня, несомненно будут преодолены. Недалеко то время, когда мощные струи плазмы, вылетающие со сверхзвуковой скоростью из атомных реакторов, будут рождать целые реки электричества и отдавать их на нужды человека.

Плазменные ракеты

Мы являемся свидетелями необыкновенного развития ракетной техники. Времена, когда ракетные устройства применялись только для фейерверков и подачи сигналов, прошли. Сейчас с помощью ракет выводят на орбиты искусственные спутники Земли и Солнца и доставляют научную аппаратуру за сотни тысяч километров от Земли.

Ракетные двигатели сократили расстояния и на нашей планете. Знаменитые воздушные лайнеры «ТУ» совершают полеты на огромные расстояния. Преодоление звукового барьера и полеты самолетов со скоростью, превышающей скорость звука, также стали возможными благодаря двигателям-ракетам.

Преимущества, которыми обладают ракетные устройства, заставляют не жалеть сил и средств для совершенствования этого детища двадцатого века. Важная роль в этом принадлежит плазме.

Мы уже знаем, что раскаленные газы, стремительно вылетающие из сопла ракеты, — это плазма. Получается она от сгорания керосина или другого ракетного топлива в двигателе.

Горение — химический процесс, поэтому современные ракеты можно назвать ракетами химического принципа действия. В будущем такие ракеты, особенно для полетов на другие планеты, вряд ли будут применяться. На смену им придут ракеты с атомными двигателями.

Сейчас ученые уже намечают контуры этих замечательных ракет.

«Душой», «сердцем» ракеты является атомный реактор. В нем непрерывно идет процесс деления ядер урана и выделение большого количества тепла.

В носовой части ракеты расположены баки с веществом — жидкостью, — называемым рабочим телом. По трубам эта жидкость поступает в реактор и благодаря огромной температуре в нем превращается в плазму.

Газ-плазма ищет выхода. Путь для него открыт только к хвосту ракеты, где расположено сопло. Чем быстрее плазма будет вырываться из сопла, тем большую скорость разовьет ракета.

Плазма — это частицы, несущие электрический заряд. Значит, на них можно влиять электрическим полем.

В задней части ракеты перед соплом установлено несколько полых цилиндров. Посмотрите, как соединены они с генератором электрического тока, имеющимся в ракете. Первый и третий цилиндры соединены с одним полюсом генератора, второй и четвертый — со вторым. Благодаря этому ионы плазмы, оказавшись внутри первого цилиндра, подхватываются электрическими силами и увлекаются дальше — в сторону второго цилиндра. Разогнавшись, они достигают третьего цилиндра, откуда с еще большей скоростью мчатся к последнему, четвертому, цилиндру и выбрасываются наружу.

Тяговое усилие такой ракеты получается очень большим, и благодаря этому ракета может развивать скорости, недоступные обычным химическим ракетам.

Преимущества ядерной ракеты очевидны.