W rzeczywistości na świecie istnieje kilka podobnych konstrukcji. Zacznijmy od Solar Furnace we Francji, czyli we Francji.
Piec słoneczny we Francji jest przeznaczony do generowania i koncentracji wysokich temperatur wymaganych w różnych procesach.
Odbywa się to poprzez wychwytywanie promieni słonecznych i skupianie ich energii w jednym miejscu. Konstrukcja jest pokryta zakrzywionymi lustrami, ich blask jest tak wielki, że nie sposób na nie patrzeć, boli w oczy. W 1970 roku wzniesiono tę konstrukcję, jako najbardziej odpowiednie miejsce wybrano Pireneje Wschodnie. Do dziś piec pozostaje największym na świecie.
Szereg luster ma przypisane funkcje reflektora parabolicznego, a reżim wysokiej temperatury w samym ognisku może osiągnąć 3500 stopni. Ponadto możesz regulować temperaturę, zmieniając kąty luster.
Wykorzystując naturalne zasoby, takie jak światło słoneczne, piec słoneczny jest uważany za niezbędny sposób generowania wysokich temperatur. A one z kolei są wykorzystywane do różnych procesów. Tak więc produkcja wodoru wymaga temperatury 1400 stopni. Tryby testowe materiałów przeprowadzane w warunkach wysokiej temperatury przewidują temperaturę 2500 stopni. Tak testowane są statki kosmiczne i reaktory jądrowe.
Tak więc piekarnik słoneczny to nie tylko niesamowity budynek, ale także żywotny i wydajny, a jednocześnie uważany za przyjazny dla środowiska i stosunkowo tani sposób na uzyskanie wysokich temperatur.
Film promocyjny:
Układ luster działa jak odbłyśnik paraboliczny. Światło skupione jest w jednym środku. A temperatura może osiągnąć temperatury, w których stal może się topić.
Ale temperaturę można regulować, ustawiając lusterka pod różnymi kątami.
Na przykład do produkcji wodoru wykorzystuje się temperaturę około 1400 stopni. Temperatura 2500 stopni - do badania materiałów w ekstremalnych warunkach. Na przykład w ten sposób testuje się reaktory jądrowe i statki kosmiczne. Ale do produkcji nanomateriałów stosuje się temperatury do 3500 stopni.
Piec solarny to niedrogi, wydajny i przyjazny dla środowiska sposób wytwarzania wysokich temperatur.
W południowo-zachodniej Francji winogrona zapuszczają korzenie i dojrzewają wszelkiego rodzaju owoce - jest gorąco! Między innymi słońce świeci tutaj prawie 300 dni w roku, a pod względem liczby dni bezchmurnych miejsca te ustępują chyba tylko Lazurowemu Wybrzeżu. Jeśli scharakteryzujemy dolinę w pobliżu Odeillo z punktu widzenia fizyki, to moc promieniowania świetlnego wynosi tutaj 800 watów na 1 metr kwadratowy. Osiem mocnych żarówek. Mało? Wystarczy, żeby kawałek bazaltu rozlał się w kałużę!
Kontynuujmy naszą wycieczkę z magazynem Onliner.by:
„Piec solarny w Odeillo ma moc 1 megawata, a to wymaga prawie 3000 metrów lustrzanej powierzchni” - mówi Serge Chauvin, opiekun lokalnego muzeum energii słonecznej. - Ponadto trzeba zbierać światło z tak dużej powierzchni do ogniska o średnicy talerza obiadowego.
Heliostaty - specjalne płytki lustrzane - są instalowane naprzeciw lustra parabolicznego. Jest ich 63 po 180 sekcji. Każdy heliostat ma swój własny „punkt odpowiedzialności” - wycinek paraboli, w którym odbija się zebrane światło. Już na wklęsłym zwierciadle promienie słońca gromadzą się w centralnym punkcie - w samym piecu. W zależności od intensywności promieniowania (czytaj - przejrzystość nieba, pory dnia i roku) temperatury mogą być bardzo różne. W teorii - do 3800 stopni Celsjusza, w rzeczywistości doszło do 3600.
„Wraz z ruchem słońca heliostaty poruszają się po niebie” - rozpoczyna swoją wycieczkę Serge Chauvin. - Każdy z nich ma silnik z tyłu i razem są sterowane centralnie. Nie ma konieczności ustawiania ich w idealnej pozycji - w zależności od zadań laboratorium stopień w ognisku może się zmieniać.
Budowa pieca słonecznego w Odeillo rozpoczęła się na początku lat 60., a oddano ją do użytku już w latach 70. Przez długi czas pozostawał jedynym tego typu na świecie, ale w 1987 roku jego kopia została wzniesiona w pobliżu Taszkentu. Serge Chauvin uśmiecha się: „Tak, dokładnie kopia”.
Nawiasem mówiąc, radziecki piec również działa. Na nim jednak przeprowadzają nie tylko eksperymenty, ale także wykonują pewne zadania praktyczne. To prawda, że lokalizacja pieca nie pozwala na osiągnięcie takich samych wysokich temperatur, jak we Francji - w centralnym punkcie uzbeckim naukowcom udaje się uzyskać mniej niż 3000 stopni.
Lustro paraboliczne składa się z 9000 faset. Każdy jest polerowany, pokryty aluminium i lekko wklęsły dla lepszego skupienia. Po wybudowaniu pieca wszystkie fasety zostały zamontowane i skalibrowane ręcznie - zajęło to trzy lata!
Serge Chauvin prowadzi nas do miejsca w pobliżu budynku pieca. Razem z nami - grupą turystów, którzy przyjechali do Odeillo autobusem - nigdy nie ustaje strumień miłośników naukowej egzotyki. Kustosz muzeum miał właśnie zademonstrować ukryty potencjał energii słonecznej.
- Madame i monsieur, uwaga! - Chociaż Serge wygląda bardziej na naukowca, bardziej przypomina aktora. - Światło emitowane przez naszą gwiazdę pozwala materiałom natychmiast je podgrzać, zapalić i stopić.
Pracownik pieca słonecznego podnosi zwykłą gałąź i umieszcza ją w dużej kadzi z lustrzanym wnętrzem. Znalezienie punktu ostrości zajmuje Sergeowi Chauvinowi kilka sekund, a drążek natychmiast się rozjaśnia. Cuda!
Podczas gdy dziadkowie z Francji sapią i jęczą, pracownik muzeum podchodzi do wolnostojącego heliostatu i przesuwa go dokładnie tak, aby odbite promienie wpadały do mniejszej kopii zainstalowanego tam lustra parabolicznego. To kolejny wizualny eksperyment pokazujący możliwości słońca.
- Madame i monsieur, teraz stopimy metal!
Serge Chauvin umieszcza w uchwycie kawałek żelaza, porusza imadłem w poszukiwaniu ogniska i po znalezieniu oddala się na niewielką odległość.
Słońce szybko wykonuje swoją pracę.
Kawałek żelaza natychmiast się nagrzewa, zaczyna dymić, a nawet iskrzyć, ulegając gorącym promieniom. W ciągu zaledwie 10-15 sekund wypala się w nim dziurę wielkości monety 10-centowej.
- Voila! - cieszy się Serge.
Gdy wracamy do budynku muzeum, a francuscy turyści siadają w sali kinowej, aby obejrzeć film naukowy o pracy słonecznego pieca i laboratorium, dozorca opowiada nam ciekawe rzeczy.
- Najczęściej ludzie pytają, dlaczego to wszystko jest potrzebne - Serge Chauvin rozkłada ręce. - Z punktu widzenia nauki zbadano możliwości energii słonecznej, stosowanej tam, gdzie to możliwe, w życiu codziennym. Są jednak zadania, które ze względu na skalę i złożoność wykonania wymagają takich instalacji. Na przykład, jak zasymulować wpływ słońca na skórę statku kosmicznego? A może podgrzanie kapsuły zstępującej powracającej z orbity na Ziemię?
W specjalnym ogniotrwałym pojemniku, zainstalowanym w centralnym punkcie pieca słonecznego, można bez przesady odtworzyć takie nieziemskie warunki. Obliczono na przykład, że element okładziny musi wytrzymywać temperatury 2500 stopni Celsjusza - i można to sprawdzić empirycznie w Odeillo.
Opiekun oprowadza nas po muzeum, w którym zainstalowane są różne eksponaty - uczestnicy licznych eksperymentów przeprowadzanych w piecu. Naszą uwagę przykuwa karbonowa tarcza hamulcowa …
- Och, to coś z kierownicy samochodu Formuły 1 - kiwa głową Serge. - Jego ogrzewanie w pewnych warunkach jest porównywalne z tym, co możemy odtworzyć w laboratorium.
Jak wspomniano powyżej, temperaturę w ognisku można kontrolować za pomocą heliostatów. W zależności od przeprowadzonych eksperymentów waha się od 1400 do 3500 stopni. Do produkcji wodoru w laboratorium wymagana jest dolna granica, czyli zakres od 2200 do 3000 do testowania różnych materiałów w ekstremalnych warunkach cieplnych. Wreszcie ponad 3000 to obszar prac z nanomateriałami, ceramiką i tworzeniem nowych materiałów.
„Piec w Odeillo nie spełnia praktycznych zadań” - kontynuuje Serge Chauvin. - W przeciwieństwie do naszych uzbeckich kolegów nie jesteśmy uzależnieni od własnej działalności gospodarczej i zajmujemy się wyłącznie nauką. Wśród naszych klientów są nie tylko naukowcy, ale także różne działy, np. Obronne.
Zatrzymujemy się tylko przy ceramicznej kapsule, która okazuje się być kadłubem drona.
„Departament Wojny zbudował tutaj, w dolinie niedaleko Odeillo, piec solarny o mniejszej średnicy na własne potrzeby” - mówi Serge. - Widać to z niektórych odcinków górskiej drogi. Ale w przypadku eksperymentów naukowych nadal zwracają się do nas.
Opiekun wyjaśnia, jaka jest przewaga energii słonecznej nad jakąkolwiek inną w trakcie wykonywania zadań naukowych.
- Najpierw słońce świeci za darmo - zgina palce. - Po drugie, górskie powietrze sprzyja przeprowadzaniu eksperymentów w „czystej” formie - bez zanieczyszczeń. Po trzecie, światło słoneczne pozwala nagrzewać materiały znacznie szybciej niż jakakolwiek inna instalacja, co jest niezwykle ważne w przypadku niektórych eksperymentów.
Co ciekawe, piekarnik może pracować prawie przez cały rok. Według Serge'a Chauvina optymalny miesiąc na przeprowadzanie eksperymentów to kwiecień.
- Ale w razie potrzeby słońce roztopi kawałek metalu dla turystów nawet w styczniu - uśmiecha się dozorca. - Najważniejsze, że niebo jest czyste i bezchmurne.
Jedną z niezaprzeczalnych zalet samego istnienia tego wyjątkowego laboratorium jest jego całkowita otwartość na turystów. Rocznie przyjeżdża tu do 80 tys. Osób, a to znacznie bardziej sprzyja popularyzacji nauki wśród dorosłych i dzieci niż szkoła czy uniwersytet.
Font Romeu Odeillo to typowe francuskie miasteczko pasterskie. Główną różnicą między tysiącami innych jest współistnienie tajemnicy życia codziennego i nauki. Na tle 54-metrowej paraboli lustrzanej - krowy mleczne górskie. I ciągłe gorące słońce.
Przejdźmy teraz do innego budynku.
Część zdjęć Viktora Borisova.
Czterdzieści pięć kilometrów od Taszkentu, w dzielnicy Parkent, u podnóża Tien Shan na wysokości 1050 m n.p.m., znajduje się unikalna konstrukcja - tak zwany Duży piec solarny (BSP) o mocy tysiąca kilowatów. Znajduje się na terenie Instytutu Nauki o Materiałach NPO „Fizyka-Słońce” Akademii Nauk Republiki Uzbekistanu. Na świecie są tylko dwa takie piece, drugi we Francji.
„BSP został oddany do użytku w ramach Unii w 1987 roku” - mówi dr Mirzasultan Mamatkassymov, sekretarz naukowy Instytutu Nauki o Materiałach Towarzystwa Naukowo-Produkcyjnego „Physics-Solntse”. - Z budżetu państwa przeznaczane są wystarczające środki na zachowanie tego wyjątkowego obiektu. W naszym kraju znajdują się dwa laboratoria instytutu, cztery w Taszkiencie, gdzie znajduje się główna baza naukowa, na której badane są właściwości chemiczne i fizyczne nowych materiałów. Jesteśmy w trakcie ich syntezy. Eksperymentujemy z tymi materiałami, obserwując proces topnienia w różnych temperaturach.
BSP to złożony kompleks optyczno-mechaniczny z automatycznymi systemami sterowania. Kompleks składa się z pola heliostatu umieszczonego na zboczu góry i kierującego promienie słoneczne do koncentratora paraboloidalnego, którym jest gigantyczne wklęsłe lustro. W centrum tego lustra powstaje najwyższa temperatura - 3000 stopni Celsjusza!
Pole heliostatu składa się z sześćdziesięciu dwóch ułożonych naprzemiennie heliostatów. Zapewniają lustrzanej powierzchni koncentratora strumień światła w trybie ciągłego śledzenia Słońca przez cały dzień. Każdy heliostat o wymiarach siedem i pół na sześć i pół metra składa się z 195 płaskich elementów zwierciadlanych zwanych „fasetami”. Odbijająca powierzchnia pola heliostatu wynosi 3022 metry kwadratowe.
Koncentrator, do którego heliostaty kierują promienie słoneczne, to cyklopowa konstrukcja o wysokości czterdziestu pięciu metrów i szerokości pięćdziesięciu czterech metrów.
Należy zaznaczyć, że zaletą pieców solarnych w porównaniu z innymi typami pieców jest natychmiastowe osiąganie wysokiej temperatury, co pozwala na uzyskanie czystych materiałów bez zanieczyszczeń (także dzięki czystości górskiego powietrza). Są używane w przemyśle naftowym i gazowym, tekstylnym i wielu innych gałęziach przemysłu.
Lustra mają określoną żywotność i prędzej czy później zawodzą. W naszych warsztatach produkujemy nowe lustra, które zastępują stare. Jest ich 10700 tylko w koncentratorze, a 12090 w heliostatach. Proces wykonywania luster odbywa się w instalacjach próżniowych, gdzie aluminium jest natryskiwane na powierzchnię zużytych luster.
Ferghana. Ru: - Jak rozwiązuje Pan problem znalezienia specjalistów, przecież po rozpadzie Związku odpływali oni za granicę?
Mirzasultan Mamatkassymov: - W czasie instalacji w 1987 roku pracowali tu specjaliści z Rosji i Ukrainy, którzy nas szkolili. Dzięki naszemu doświadczeniu mamy teraz możliwość samodzielnego szkolenia specjalistów w tej dziedzinie. Przyjeżdżają do nas młodzi ludzie z wydziału fizyki Narodowego Uniwersytetu Uzbekistanu. Po ukończeniu studiów sam pracuję tu od 1991 roku.
Ferghana. Ru: - Kiedy patrzy się na tę wspaniałą konstrukcję, na delikatne konstrukcje metalowe, jakby unoszące się w powietrzu i jednocześnie podtrzymujące "zbroję" koncentratora, przychodzą na myśl kadry filmów science-fiction …
Mirzasultan Mamatkassymov: - Cóż, za mojego życia nikt nie próbował kręcić science fiction z wykorzystaniem tej wyjątkowej „scenerii”. To prawda, że ich klipy przyjechały uzbeckie gwiazdy popu.
Mirzasultan Mamatkassymov:- Dziś będziemy topić brykiety sprasowane ze sproszkowanego tlenku glinu, którego temperatura topnienia wynosi 2500 stopni Celsjusza. Podczas procesu topienia materiał spływa po pochyłej płaszczyźnie i kapie do specjalnej tacy, w której formują się granulki. Wysyłane są do warsztatu ceramicznego znajdującego się w pobliżu BSP, gdzie są mielone i wykorzystywane do produkcji różnych wyrobów ceramicznych, od małych podajników przędzy dla przemysłu tekstylnego po ceramiczne kulki wgłębione przypominające sale bilardowe. Kulki są używane w przemyśle naftowym i gazowym jako pływaki. Jednocześnie parowanie z powierzchni produktów ropopochodnych przechowywanych w dużych pojemnikach na składach ropy spada o 15-20 proc. W ostatnich latach wyprodukowaliśmy około sześciuset tysięcy takich spławików.
Produkujemy izolatory i inne produkty dla przemysłu elektrotechnicznego. Charakteryzują się zwiększoną odpornością na ścieranie i wytrzymałością. Oprócz tlenku glinu stosujemy również bardziej ogniotrwały materiał - tlenek cyrkonu o temperaturze topnienia 2700 stopni Celsjusza.
Sterowanie procesem topienia odbywa się za pomocą tzw. „Systemu wizyjnego”, który wyposażony jest w dwie specjalne kamery telewizyjne. Jeden z nich bezpośrednio przesyła obraz na oddzielny monitor, drugi do komputera. System pozwala zarówno na monitorowanie procesu topienia, jak i wykonywanie różnych pomiarów.
Należy dodać, że BLB jest również wykorzystywany jako uniwersalny instrument astrofizyczny, który otwiera możliwość prowadzenia badań nieba gwiaździstego nocą.
Oprócz powyższych prac instytut dużą wagę przykłada do produkcji sprzętu medycznego na bazie ceramiki użytkowej (sterylizatory), narzędzi ściernych, suszarek i nie tylko. Sprzęt taki został z powodzeniem wdrożony w placówkach medycznych naszej republiki, a także w podobnych placówkach w Malezji, Niemczech, Gruzji i Rosji.
Jednocześnie instytut opracował energooszczędne instalacje słoneczne. Na przykład naukowcy z instytutu stworzyli piece słoneczne o mocy półtora kilowata, które zainstalowano na terenie Tabbin Institute of Metalurgy (Egipt) oraz w Międzynarodowym Centrum Metalurgicznym w Hyderabad (Indie).