МГД-ГЕНЕРАТОР, раздел «Физик»

Материал из Юнциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Первый магнитогидродинамический генератор тока был испытан еще в 1832 г., английским физиком М. Фарадеем, который пытался обнаружить возникновение электродвижущей силы (ЭДС) между двумя электродами, опущенными в воды реки Темзы вблизи моста Ватерлоо в Лондоне. Действительно, согласно только что открытому Фарадеем закону электромагнитной индукции, движение проводника (в данном случае слабо солоноватой речной воды) в магнитном поле Земли должно было сопровождаться возникновением ЭДС и электрического тока в проводниках, соединяющих электроды. Измерительная техника, которой обладал Фарадей, не позволила ему обнаружить ожидаемый эффект, но по существу данный эксперимент содержал все принципиальные элементы современного МГД-генератора тока: движущееся по каналу проводящее вещество, поперечное магнитное поле, токосъемные электроды.

Эффект электромагнитной индукции используется и в обычных источниках тока — электромашинных генераторах, где поперек магнитного поля движутся жесткие проводники, размещенные на вращающемся роторе. В отличие от них в МГД-генераторе жесткие проводники заменены проводящей жидкостью или газом. Какие преимущества при этом возникают? Ротор электромашинного генератора вращает паровая турбина или другой тепловой двигатель, в котором тепловая энергия превращается в механическую. МГД-генератор позволяет непосредственно превращать тепловую энергию в электричество без промежуточных сложных устройств типа паровой турбины или двигателя внутреннего сгорания.

Почему же до сих пор используют обычные генераторы? Проблема заключается в создании необходимого «рабочего тела» для МГД-генераторов. Жидкие металлы неудобны в обращении, да и не так просто заставить их двигаться по каналу с большими скоростями. Поэтому МГД-генераторы на жидких металлах не получили широкого распространения. Чаще применяются МГД-насосы для жидких металлов и других проводящих жидкостей, устройства, где электрический ток вызывает движение проводящей жидкости, а не наоборот, как в генераторе. Проводимость же газов ничтожно мала. Она возрастает лишь тогда, когда газ, нагреваясь, начинает ионизоваться и превращаться в плазму. Но для получения достаточной электропроводности даже при использовании самых легко ионизуемых веществ — паров щелочных металлов — необходимы температуры в 2000—3000° С. Такие высокие температуры достигаются в струе ракетного двигателя, и на его основе, действительно, получаются хорошие МГД-генераторы, компактные и очень мощные устройства. Однако токосъемные электроды таких генераторов при столь высоких температурах могут работать лишь очень короткое время — секунды или в лучшем случае десятки секунд. С использованием ракетных двигателей уже созданы МГД-генераторы, рассчитанные на очень большие мощности и малую длительность работы. Они находят применение, например, для геофизических исследований.

Для того чтобы использовать МГД-генера-торы в большой энергетике, необходимо найти способ получения хорошей электропроводности газа при значительно более низких температурах (желательно не выше 1000°), которые могут быть достигнуты в современных высокотемпературных атомных реакторах. В принципе это возможно. Можно иметь неравные температуры ионов и электронов плазмы, например в газоразрядных лампах. Более высокая температура электронов может поддерживаться за счет их нагрева протекающим по плазме электрическим током. Такое состояние плазмы в канале МГД-генератора оказывается, однако, неустойчивым. Плазма разбивается на слои — с хорошей и плохой проводимостью, и общая проводимость при этом оказывается малой. (При последовательном соединении проводников их общее сопротивление определяется сопротивлением самого плохого проводника.) Пока не доказано, что возникающая неустойчивость неустранима, и работы в этом направлении продолжаются. Одновременно продолжаются исследования с целью снижения требований к температуре газа и повышения стойкости и рабочего ресурса электродов при повышенных температурах. Электростанции с мощными МГД-генераторами можно было бы использовать для покрытия пиковых нагрузок в электросетях. Первая промышленная МГД-электростанция строится сейчас в нашей стране.