А. Лельевр - Эврика-86
— Лейкосапфир, — говорит Л. Затуловский, — плавится при 2050 градусах. Оптиков привлекает его способность пропускать широкий диапазон световых волн — от ультрафиолетовых до инфракрасных. Химиков и физиков устраивает химическая инертность, сочетающаяся с твердостью, близкой к алмазу. Поэтому лейкосапфир отличается высокой износостойкостью. Продолжая список замечательных качеств, ученый заметил: "Должен сказать, что по теплопроводности он не уступает металлу. А вот электрический ток в отличие от металла он не проводит — это «непоколебимый» диэлектрик". Остается подчеркнуть, что все его свойства не теряются и в экстремальных условиях работы. Этим объясняется интерес, проявленный к нему учеными и практиками различных специальностей.
Коллектив лаборатории ВНИИЭТО организовал производство изделий из бесцветного сапфира на ряде промышленных предприятий страны.
Что же дает государству использование метода профессора А.Степанова по сравнению с другими известными способами получения лейкосапфира?
Новая технология позволяет по чать изделия без отходов. В этом огромное преимущество. Глядя на код! лекцию, состоящую из трубок, кали^ рованных стержней с изменяемой фоо. мой поперечного сечения, колпачков тиглей, «лодочек» и замкнутых ампул' думаешь, что изготовление некоторых из них даже из более податливого материала просто нереально. Замкнутую ампулу, например, чудится, можно было выдуть только из стекла. А ведь монокристаллическая окись алюминия, по существу, — камень.
…За окнами уже сгущались сумерки. Но внезапно в лаборатории стало так светло, словно сюда проникли солнечные лучи. Такое впечатление создала подвешенная под потолком натриевая лампа, напоминающая своей формой миниатюрный дирижабль. Другая такая лампа стояла на стенде. Внутри ее стеклянной оболочки, служащей защитой, — газоразрядная трубка с металлическими электродами на обоих ее концах. Между ними и горит электрический разряд-очаг яркого света желтоватой окраски. Натриевая лампа — один из наиболее интересных примеров использования профилированного сапфира.
Затуловский положил на рукопись две трубки одинакового размера. Первая была так прозрачна, что сквозь нее можно было прочитать текст. Другая трубка не позволяла различать даже буквы. Первая получена из лейкосапфира, вторая же трубка — из поликора, спеченного порошка той же окиси алюминия.
В настоящее время производство натриевых ламп наружного освещения ведется с использованием поликоровых трубок. Замена их более прозрачными — лейкосапфировыми сэконо^ мит на протяжении года на каждой лампе (а их будут миллионы) 12 руб' лей.
Эта экономия определяется большим сроком службы лампы и снижен^ ным расходом электроэнергии при той
мощности — на 120 киловатт-часов
ежегодно.
На светотехнических предприятиях же работают созданные во ВНИИЭТО ^ановки. В каждой из одного тигля с ^сплавом одновременно вытягиваются шесть газоразрядных трубок.
разработанный процесс выращивания сапфировых изделий по способу А. Степанова, как и аппаратурное оформление, запатентованы в Англии, США, ФРГ, Японии.
Перечисленные выше изделия изготовляются из отечественного сырья и на отечественном оборудовании. Успеху способствует творческое содружество коллектива лаборатории с рядом организаций и заводов. Среди них Институт физики твердого тела АН СССР и многочисленные заказчики ранее невиданных стойких и прозрачных изделий. Испытанная в различных приборах и устройствах, эта продукция открывает новые области применения лейкос^пфира в науке и технике.
ПЛАЗМА В ПРОИЗВОДСТВЕ
Плазма — ионизованный газ — это не только вещество Солнца или "огненный вихрь" в будущих термоядерных реакторах. Это и газовый разряд в лампах дневного света, и кислородноацетиленовая струя сварочной горел^-так называемая низкотемпературная плазма. Сейчас она начинает с Успехом применяться во многих процессах химического производства. Воз^кпа особая область прикладной нау^ — плазмохимия.
Специалисты многие годы изучают физику плазмы. Результаты этих
дований уже широко используются в самых различных областях — от астрофизики до космического двигателестроения и электроэнергетики. Физические методы обработки материалов с использованием плазмы хорошо известны — это, например, сварка, резка, напыление покрытий и выращивание кристаллов. А вот плазменная химия пока еще развита сравнительно мало. Сейчас, однако, приходят к пониманию того, что многие производственные процессы можно осуществлять быстрее, дешевле, с меньшим загрязнением окружающей среды, если в них применять вместо традиционной технологии плазмохимию. Стоимость электроэнергии, которая требуется для выработки плазмы, начинает сравниваться со стоимостью других видов энергии, необходимых для химической промышленности, в особенности это касается нефтяной и газовой энергетики.
Любая плазма — это газ, достаточно ионизованный для того, чтобы проводить электрический ток. Нагрев газа способен вызвать его ионизацию путем отщепления электронов от атомов. Образуется смесь положительных ионов и электронов, в которой будут и другие продукты пиролиза — новые атомы и свободные радикалы.
Частицы плазмы обладают высокой энергией. Они могут вызывать некоторые химические реакции или служить катализаторами в других, причем в таких, которые иным путем получить невозможно. Степень ионизации зависит. от химических и физических свойств плазмы, особенно от ее температуры и давления. Плазма, используемая для химической технологии, имеет температуру до 20 тысяч градусов Цельсия. Это так называемая "низкотемпературная плазма". При температуре около 10 тысяч градусов она ионизована процента на два. В отличие от нее высокотемпературная плазма, например, та, которая служит источником энергии при термоядерном синтезе, разогрета до 100 миллионов градусов.
на она полностью. В естественных условиях плазма существует в недрах Солнца и других звезд, в каналах грозовых разрядов, в ионосфере.
Разновидности плазмы, полезные для химической технологии, можно отнести к двум типам в соответствии с их термодинамическим состоянием. В равновесной плазме легкие частицы (электроны) и тяжелые (ионы, атомы, молекулы) пребывают в состоянии приблизительного термодинамического равновесия: у них одна и та же температура, уровень энергии. Это «термическая», или горячая, плазма. Возникает она при сравнительно высоком давлении, порядка одной атмосферы или более. Неравновесная же плазма, с другой стороны, характеризуется высокой температурой электронов, но в то же время сравнительно низкой температурой самого газа. Это «холодная» плазма при низком давлении. Типичный пример «горячей» плазмы — кислородно-ацетиленовое пламя для автогенной резки и сварки, а «холодной» — газовый разряд в трубке лампы дневного света.
В установках промышленного масштаба горячеплазменные методы способны давать большой выход продукции при высоких температурах, поскольку они работают при сравнительно высоких давлениях. Соответственно повышенные скорости реакций позволяют экономично использовать сравнительно малогабаритные дешевые реакторы. Поэтому «горячая» плазма перспективна для осуществления широкого ряда таких реакций, где требуются повышенные затраты тепла. Она находит многочисленные применения в переработке углеводородов, руд, получении огнеупоров и в металлохимии.
У плазмы большие преимущества при использовании в металлургических процессах, где требуются высокие температуры и расход тепла для расплавления и испарения металлов и руд и для осуществления в них эндотермических
реакций. Важными качественными казателями здесь являются незаго ценность плазмы, отсутствие в ней п сторонних примесей и гибкость в ко роле за атмосферой процесса в оки лительных и восстановительных pea циях. В особенности это относится получению дорогостоящей продукции вроде молибдена, титана, боридов и нитридов металлов.
"Холодная" плазма образуется при «непробивных» разрядах. Ее применение для крупных химических производств более ограничено, поскольку подобные разряды поддерживаются при низких давлениях, и поэтому здесь можно достигнуть лишь небольших скоростей выхода продукции. Пока единственный общепризнанный процесс — синтез озона в «тихом» разряде.
Недавно завершены две особо важные разработки по использованию тлеющего разряда для изготовления полупроводниковых изделий в пленочной электронике.
СОЛНЦЕ, ВЕТЕР И ТРОСТНИК
Кубинские энергетики запланировали масштабный эксперимент: на полигоне в окрестностях города Сантьяго-де-Куба возводятся солнечные коллекторы различного типа. Одни будут давать горячую воду окрестным предпри" тиям, другие — электрический ток, полученный прямым преобразованием солнечных лучей. Чтобы не уповать только на дневное светило, для стабильности предусмотрены и ветросиловые установки — лопасти генераторов будут вращаться пассатами. Энер' готическую триаду венчают реакторы"
