И на Земле и в космосе. МГД-генератор
Термоядерный реактор еще не работает, но произведенные для него исследования и разработки стимулировали развитие новой, чрезвычайно перспективной науки, получившей название магнитной гидродинамики (сокращенно МГД).
Гидродинамика — это наука о течении жидкостей. При изучении движения жидкости (а воздух и вообще любой газ тоже жидкости, но только сжимаемые) гидродинамика имеет дело как со свойствами самой жидкости, так и с действующими на нее силами — давления, гравитации, трения. Но если жидкость (или газ) электропроводка и движется в магнитном поле, то возникают дополнительные силы — магнитные. Законы такого движения и изучаются магнитной гидродинамикой.
Надо сказать, что магнитная гидродинамика зародилась еще в 40-х г. нашего столетия как одна из областей астрофизики. Перед ней стояла задача изучения закономерностей движения плазмы в космических магнитных полях. И сейчас космическая магнитогидродинамика успешно развивается, все расширяя области своего применения, — здесь и движение гигантских космических газовых туманностей, и плазма солнечной атмосферы, пронизанная магнитными полями, и явления в земной ионосфере, включая полярные сияния и магнитные бури, и окружающий Землю ореол радиационных поясов.
Но пока магнитная гидродинамика была космической, ею интересовались лишь астрофизики. Все попытки ее практического применения в других целях наталкивались на непреодолимые трудности. Время «земных» профессий магнитогидродинамики еще не пришло. Чтобы спустить ее на Землю, ученым предстояло проникнуть в тайны плазмы.
Впрочем, «земные» опыты по исследованию взаимодействия магнитного поля с электропроводящей жидкостью и даже с плазмой ставились еще в начале XIX в. Так, Дэви в 1821 г. наблюдал отклонение электрической дуги магнитным полем, а Фарадею принадлежит попытка измерить электродвижущую силу — ЭДС, индуцированную при движении воды в магнитном поле Земли. В сущности это была попытка создания первого маг-нитогидродинамического генератора электроэнергии.
Основная идея, на которой может быть основано использование плазменных процессов для преобразования энергии, очень проста.
Известно, что при движении в магнитном поле проводника в нем возбуждается ЭДС. Если концы проводника замкнуть на какую-либо нагрузку (сопротивление), то в такой цепи пойдет электрический ток. Именно на этом принципе электромагнитной индукции, открытой Фарадеем полтораста лет назад, и работают все генераторы электрического тока, преобразующие механическую энергию движения проводника в магнитном поле в электрическую.
Но обязательно ли, чтобы двигался металлический проводник? Вообще говоря, нет.
Рассмотрим такую схему. Пусть проводником, пересекающим магнитное поле, является низкотемпературная плазма — газ, нагретый примерно до 2500 град. Такой (читайте) газ, как мы уже знаем, обладает хорошей электропроводностью. Его атомы ионизованы, и он состоит из положительно заряженных ионов и электронов. Заставим этот газ с большой скоростью двигаться между полюсами мощного магнита. Так же как и в случае металлического проводника, в целом газ нейтрален, но сила, возникающая при его движении в магнитном поле, заставит положительные ионы двигаться в одну сторону, электроны — в другую.
Возникает разделение зарядов, а с ним и ЭДС. Если теперь электроны, соответствующим образом расположенные вдоль плазменного канала, соединить с внешней нагрузкой, то эта ЭДС создаст ток (в направлении, перпендикулярном движению газа и линиям индукции магнитного поля), способный совершать полезную работу. Получится плазменная динамо-машина, или, как ее называют, МГД-генератор. Энергетика связывает с таким генератором большие надежды.
Опыты с Плазмой в Космосе
Плазменный кристалл. Эксперимент с 4-м состоянием вещества — плазмой. Такого, что увидели ученые в невесомости — не увидишь на Земле.
Плазма, как оказалось не жидкая, а имеет кристаллическую решетку.
