Занимательно об энергетике

Из космоса к нам проникают частицы столь мощных энергий, что они в триллионы раз превышают энергии, которые ученые получают на самых мощных ускорителях Земли (Исследователи уже подбираются к энергиям частиц в тысячи Гэв, но не забудем, что, по подсчетам американцев, каждый Гэв ускорения стоит около одного миллиона долларов!)

В деле, так сказать, утилизации космоса в ход может пойти и экзотика. Например, «солнечные паруса», использующие «солнечный ветер»; другими словами, давление солнечного излучения.

Оно очень мало (10-6 килограмма на квадратный метр), но при площади паруса в 1 квадратный километр (а просторы космоса бескрайни!) солнечное давление уже способно придать космическому кораблю весом в 1 тонну довольно значительное ускорение — в 1 см/сек2.

А роль паруса будет играть экран из частиц, удерживаемых магнитным полем и связанных с космическим кораблем.

«Антиметеориты»

Космос, его бескрайность, стихийность его сил — эти качества давно дразнят воображение ученых — ловцов энергии. Совсем недавно на страницах журнала «Успехи физических наук» П. Капица (уж сколько раз мы упоминали это славное имя!), обсуждая энергетические проблемы, неожиданно назвал в качестве потенциального топлива... антивещество. Фантазия? Фантастика? А может, наше энергетическое завтра? А почему бы нет?! Ведь антивещество — это же идеальное горючее!

Существование антивещества давно доказано экспериментально, его получают в ускорителях, правда, в ультрамалых дозах: в виде отдельных ядер. (В 1969 году на Серпуховском ускорителе советские физики зарегистрировали ядра антигелия-3, состоящие из двух антипротонов и одного антинейтрона.)

Ученые полагают: когда создавалась наша вселенная, то могла возникнуть (простые соображения симметрии) и другая, ей равновеликая, но вот только состоящая целиком из антивещества. Как они могут взаимно сосуществовать, сказать трудно. Ведь известно, что при соприкосновении вещества и антивещества оба они аннигилируют, исчезают, превращаясь в излучение. Пользуясь знаменитым соотношением Эйнштейна об эквивалентности энергии и массы, нетрудно прикинуть, что при аннигиляции одного грамма Вещества возникает такая же энергия, Какую можно получить (три сжигании 10000 тонн каменного угля!

Таким образом, продолжая подобные расчеты, легко установить, что одной тонны антивещества (а вещество у нас всегда под рукой!) было бы вполне достаточно, чтобы сейчас обеспечить на год энергией весь земной шар.

И вот сюрприз: в 1979 году группе американских физиков удалось зарегистрировать наличие «природных» антипротонов. Их «принесли» космические лучи. (Воздушные шары подняли на высоту 36 километров примерно две тонны сложнейшей аппаратуры.)

Значит ли это, что нам «посылают весть» далекие «антимиры»? Если это так, то, полагают, антивещество в виде отдельных метеоритов могло бы проникнуть из антимира в наше космическое пространство, ибо оно крайне разрежено. Столкновения с атомами здесь редкость, и антивещество не смогло бы аннигилировать полностью.

Улавливая с помощью спутников эти «антиметеориты» и доставляя их на Землю (в этом соль рассуждения П. Капицы), мы получили бы мощный источник энергии.

И вновь вопросы. Как обнаружить «антиметеориты», отличить их от обычного вещества? Как доставить на Землю, чтобы они при этом ни с чем не соприкасались (иначе взрыв!)?.. Возможно, что все эти задачи вообще неразрешимы. Однако тут не следует проявлять категоричности: жизнь учит нас быть осторожными в суждениях.

Энергетическая лестница

Заимствование энергии из космоса неизбежно, но это все ж отдаленное наше будущее. А что сейчас? Какие энергии здесь, на Земле, уже доступны человеку или будут доступны завтра?

Промышленное значение той или иной формы энергии в значительной степени определяется концентрацией, в которой ее можно накапливать и высвобождать. Имеющиеся при этом различия достигают фантастических размеров: энергия, высвобождаемая в ядерном реакторе из одного грамма урана-235, равна энергии, которую можно накопить в тысячах тонн электростатических конденсаторов или, точнее, в десять тысяч миллиардов (1013) раз большей массе!

Различия в концентрированности энергии определяют и сферу применения. Так, в автомобилях используется химическая энергия жидкого топлива. Тогда как, скажем, для внутризаводского транспорта пойдет и кинетическая энергия маховиков или аккумуляторный привод.

Посмотрим же теперь, каков спектр доступных человеку энергий. В приводимой ниже таблице указаны величины высвобождаемой энергии в ватт-часах на килограмм массы.

Ядерная энергетика

Формула Эйнштейна, Е=mc2 (процессы аннигиляции)

1012

Деление и синтез ядер

1010

Радиоизотопы

108

Химия

Теплота сгорания топлива

104

Электрохимия

Батареи аккумуляторов

103

Механика

Превращение фаз (кипение)

102

Сжатые газы

10

Кинетическая энергия (маховики)

10

Металлические пружины

1

Сила тяжести (гидроэлектрическая энергия)

0,1

Электричество

Электромагнитная индуктивность

0,01

Электростатические конденсаторы

0,001