Даже в холодное время Солнце будет поставлять значительную часть тепла, необходимую для обогрева здания...
Здесь затронуты лишь немногие вопросы снабжения человечества энергией. Не следует думать, будто химики не участвуют в разработке других, не упомянутых здесь источников энергии.
Например, ядерная энергетика начинает осваивать торий. Состояние воды в водохранилищах, обязанных своим возникновением гидроэнергетике,- предмет забот гидрохимиков. Словом, химики вносят значительный вклад в реализацию энергетической программы человечества.
Твердый огонь
Веками казалось бесспорным: чтобы получить сплав двух твердых веществ, нужно сначала расплавить их.
Но доктор физико-математических наук Александр Мержанов и его помощники доказали, что правило это отнюдь не абсолютно. Высокотемпературные печи становятся атрибутами устаревшей, а главное, неэкономичной технологии. Их заменяет реактор, в котором бушует огонь без пламени - твердый огонь...
Эксперимент
В Институте химической физики Академии наук СССР в Москве изучалась теоретическая проблема, связанная с горением. Обычно оно разрушает исходные материалы, переводя их в газообразное состояние, а доктор Мержанов поставил перед своими ассистентами Инной Боровинскои и Валентином Шкиро задачу найти вещества, которые, сгорая, не выделяли бы газов.
Испытывали одно сочетание за другим и вот спрессовали в достаточно большую таблетку смесь титана с бором и подожгли, подведя проволочную спираль, нагреваемую током. От точки контакта со спиралью по таблетке быстро распространился ярко светящийся фронт. Исследователи полюбовались эффектным зрелищем, определили, какие процессы под влиянием теплового импульса прошли в смеси, и только потом случайно обратили внимание на то, что таблетка не расплавилась, не потеряла форму, но стала плотной и твердой. Состав слитка представлял собой соединение бора и титана диборид титана - вещество, известное высокими абразивными свойствами.
Обычно, чтобы получить такой сплав, нужно смесь двух порошков нагреть в специальной печи. Поскольку оба вещества отличаются тугоплавкостью и упрямо не желают вступить в реакцию между собой, требуется температура около полутора тысяч градусов и несколько часов времени. А в лаборатории Мержанова, чтобы получить тот же самый сплав, потребовалось несколько секунд. Поначалу это показалось невероятным, и скептики рассматривали случай с диборидом титана как некий лабораторный курьез: мало ли что бывает во время экспериментов!..
Что же произошло в таблетке!
Скептицизм опирался на здравый смысл: если получился сплав, куда же девалось пламя? Всякая металлургия ассоциируется с жаром печей, с огненными потоками жидкого металла. Вот что говорит по этому поводу Александр Мержанов:
- С точки зрения специалиста, огонь - это вовсе не обязательно пламя. Горение-сложная химическая реакция. Если в ходе этой реакции исходные компоненты плавятся или переходят в газообразное состояние, то они взаимодействуют легко и быстро.
Если же они остаются твердыми, то в обычных условиях процесс протекает крайне медленно или останавливается на полпути. Иными словами, в обычных условиях огонь без пламени - твердый огонь - тлеет так незаметно, что мы его не видим или он (что чаще всего) гаснет. Но есть и третий вариант, когда смеси, взаимодействуя, выделяют достаточно большое количество тепла. В этом случае реакция, соединяющая воедино твердые вещества, может поддерживать самое себя: ей достаточно начального теплового импульса, а дальше она самораспространяется. Поэтому такая реакция получила название самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС).
Доктору Мержанову и его коллегам понадобились многочисленные эксперименты, измерения, термодинамические расчеты, чтобы выяснить, что же происходит в таблетке в тот миг, когда ей сообщают тепловой импульс. В химии появился новый крупный раздел - теория безгазового горения.
Пока теоретики разбирались в реакции, которую они называют "твердым огнем", открытием группы Мержанова заинтересовались производственники.
В самом деле, из традиционного процесса получения ряда ценных сплавов стало возможным исключить целое звено - высокотемпературные печи.
Процесс значительно ускоряется и удешевляется. Экономится энергия, которая тратилась, чтобы поддерживать в печах высокую температуру.
При этом заметно улучшается качество продукции: в таблетке развивается температура, недостижимая в печах (до 4000 градусов), и в "твердом огне"
сгорают все примеси, содержащиеся в исходных материалах, происходит самоочистка сплава.
Профессии твердого огня
Итак, огонь выступил в новом качестве: не как разрушитель, а как тонкий химик-синтетик, созидатель сплавов.
И это качество оказалось весьма ценным, поскольку без тугоплавких соединений не могут обойтись машиностроители, энергетики, металлурги, проходчики недр и многие другие. К сегодняшнему дню методом СВС получено больше 300 соединений, каждое из которых представляет практический интерес.
Сотни миллионов рублей сэкономил завод искусственных алмазов и алмазного инструмента в Полтаве, заменив алмазные абразивные пасты на те, в которых применяется полученный по СВС-технологии карбид титана. Карбид титана используется и вместо дорогостоящей вольфрамсодержащей керамики, которая нужна станкоинструментальной промышленности. Эта замена тем более ценна, так как природные запасы вольфрама ограничены.
СВС-технологию освоил и Кироваканский завод высокотемпературных нагревателей в Армении. Получаемые по-новому нагревательные элементы из дисилицида молибдена служат вдвое дольше прежних, а изготавливают их теперь вдвое быстрее.
Метод СВС позволяет быстро и экономично производить не только уже известные материалы, но и новые, которые другими способами получать не удавалось. Например, сверхпроводник, состоящий из сплава ниобия с одним из соединений молибдена.
Одно из достоинств "твердого огня"
в том, что он не только может синтезировать сплавы, но и одновременно формовать изделия из них. Ведь реактору, в который помещается заранее лриготовленная смесь тугоплавких вецеств, можно придать любую форму.
"Твердый огонь" умеет наплавлять одни тугоплавкие материалы на другие, наносить тонкие защитные покры1ия, соединять трудносвариваемые детали.
"Карманная" ГЭС
Надпись на табличке гласила: "Рукавная переносная электростанция РП ГЭС-1,5". Табличка внушала сомнение. И иные любопытствующие спрашивали: а нет ли преувеличения7 Все же ГЭС - это "гидроэлектростанция"! А тут-тележка с двумя колесиками... В ответ на это стендисты терпеливо объясняли, что преувеличений нет и что перед посетителями выставки действительно гидравлическая электрическая станция, родная сестра Днепрогэса, а также любой из волжских или ангарских ГЭС. Иначе говоря, действующая по тому же принципу, состоящая, в общем, из тех же основных узлов и предназначенная для той же цели - выработки электрической энергии за счет энергии падающей воды, за счет перепада высот.
Болбот Асанович Батбаев, начальник научно-исследовательского отдела энергетики - есть во Фрунзе организация с таким несколько странным названием,- в Москве на выставке не был, но на все месяцы, пока она работала, лишился покоя - писали и звонили ему со всех концов страны, просили рассказать о занятной и необычной гидроэлектростанции этой, прислать чертежи, сообщить, где делаются рукавные ГЭС. Батбаев, увы, мог ответить не на все вопросы, а когда заходила речь о производстве агрегата, вообще разводил руками; нигде пока не делается, есть только опытные образцы... "Как же так,- кипятились собеседники,- он же нужен всем: геологам, изыскателям, туристам..."
Но более всего - это Батбаев знал твердо - рукавная ГЭС нужна пастухам в горных районах. 20 тысяч чабанских бригад работают ежегодно в отгонном животноводстве республики.
Да еще почти 2 тысячи бригад табунщиков. И это только в Киргизии, а сколько их в сопредельных Казахстане, Узбекистане, Таджикистане, Туркмении! Не везде можно установить "микро-ГЭС", или "карманную ГЭС", как с легкой руки одного журналиста окрестили агрегат, но примерно для половины коллективов, работающих в горном животноводстве, он вполне подошел бы, пришелся кстати.
Стало быть, потребность исчисляется тысячами штук. Это только потребность животноводов, а еще специалистам скольких отраслей нужны такие гидроэлектростанции - легкие, надежные, мобильные, простые в обслуживании...
Но все действительно началось как отклик на насущные потребности чабанов. Разве это дело, рассуждали Батбаев и его товарищи, что в небе носятся спутники и космические станции, а под этим небом в течение нескольких месяцев в году люди работают и живут без элементарных современных удобств - точь-в-точь так же, как их далекие предки, пасшие скот в этих же местах. Чтобы разогреть пищу, чабан собирает костер, а его юрту освещают стеариновые свечи либо керосиновая лампа. Оттого и растет средний возраст чабанов, оттого и текучесть среди них велика - не хотят люди, даже за большую зарплату, обходиться без современных удобств, без электрического тепла и света.
