МГД - динамо: пермский проект |
В
академической среде достаточно
распространено мнение, согласно которому
ученые призваны заниматься в основном
фундаментальными исследованиями, не
размениваясь на решение практических
задач. А поиски приложения научных идей —
дело других. Но немало в Академии и тех,
для кого практические результаты — это
логическое продолжение фундаментальных
разработок. Так, сотрудники лаборатории
физической гидродинамики Института
механики сплошных сред ПНЦ УрО РАН
сочетают фундаментальные и прикладные
направления вполне успешно и без ущерба
для «чистой» науки. Уже несколько лет под
руководством зав. лабораторией доктора
физико-математических наук профессора
Петра Готлобовича Фрика здесь
реализуется программа развития
экспериментальной базы для работы с
жидкими металлами, поддержанная грантом
Международного научно-технического
центра и рядом грантов Российского фонда
фундаментальных исследований. В рамках
этой программы создана база для
экспериментов с жидким галлием, жидким
магнием и жидким натрием, позволившая
значительно активизировать и ранее
проводившиеся работы по прикладной
магнитной гидродинамике, а также
развернуть экспериментальные
исследования эффекта
магнитогидродинамического (МГД)-динамо.
Эффект МГД-динамо заключается в том, что при достижении определенных критических параметров движущаяся проводящая среда может самопроизвольно генерировать магнитное поле. Так, по современным представлениям, магнитные поля планет, звезд, галактик обусловлены именно эффектом МГД-динамо. Эта проблема чрезвычайно интересна как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения. Существует множество теоретических моделей МГД-динамо, но для полного понимания этого чрезвычайно сложного нелинейного явления необходимы эксперименты. Проведение экспериментов в лабораторных условиях осложняется тем, что динамо относится к критическим явлениям и возникает только при достижении критических режимов, возможных лишь в течениях больших масс хорошо проводящей жидкости, с высокими скоростями, да еще и характеризующихся достаточно сложной топологией. Динамо-эксперименты долгое время оставались мечтой специалистов, и только в последнее десятилетие начались работы по реализации динамо в лабораториях. Соответствующие динамо-проекты ведутся сегодня в Германии, Франции, США и Латвии. Создаются установки, стоящие миллионы долларов и потребляющие большое количество энергии. В Перми предложили оригинальный путь решения проблемы, отказавшись от идеи реализации динамо в стационарном потоке металла. Пермский проект направлен на реализацию эффекта динамо в импульсном режиме. Жидкий натрий заключен в тороидальный канал, который раскручивается до больших скоростей, накапливая тем самым значительный запас кинетической энергии. После разгона канал резко останавливается, и силы инерции, прогоняя жидкий металл через специальные крыльчатки-диверторы, обеспечивают в канале интенсивное течение с заданной геометрией. При достижении расчетных параметров поток металла должен обеспечить генерацию магнитного поля в течение короткого (порядка секунды) времени, достаточного тем не менее для регистрации эффекта и его исследования. Идея была опробована на установках-прототипах и вызвала большой интерес в кругу специалистов. В этом году в Перми должна быть запущена натриевая динамо-установка. До конца года ожидается пуск двух альтернативных динамо-установок (во Франции и США) и в начале 2005 года в Перми намечено международное совещание по проблеме МГД-динамо, на котором будут представлены результаты всех экспериментальных групп, работающих над проблемой, а также физиков-теоретиков и астрофизиков, специализирующихся на изучении природы космических магнитных полей. Исследование эффекта самопроизвольного возникновения магнитного поля важно с практической точки зрения. Охлаждение атомных реакторов происходит с помощью жидкого натрия. При увеличении размера реакторов соответственно увеличиваются объемы жидкого металла, который движется с большой скоростью и проводимость которого очень высока. В результате может самопроизвольно возникнуть магнитное поле, изменится процесс тепло- массопереноса, а это очень опасно. Такую возможность надо предвидеть и предотвращать. Исследования в области магнитной гидродинамики имеют и другие практические приложения. Дело в том, что электромагнитное поле активно воздействует на жидкий металл. Меняя величину магнитного поля, его конфигурацию, а также величину электрического тока, который пропускается через жидкий металл, можно управлять потоками металла. Изучение
электровихревых течений, обусловленных
взаимодействием сильного тока в жидком
металле с собственным магнитным полем,
позволяет разрабатывать различные
насосы, перемешиватели, сепараторы для
очистки жидких металлов. В лаборатории
физической гидродинамики под
руководством кандидата физико-математических
наук Станислава Юрьевича Хрипченко
создан новый класс электровихревых
насосов для перекачивания цветных
металлов. Эти насосы уже используются на
Березниковском титано-магниевом
комбинате и Соликамском магниевом заводе.
Перемешиватель жидкого алюминия для
приготовления полунепрерывных слитков
нашел применение во Всероссийском
алюминиево-магниевом институте. Сейчас в
лаборатории разрабатываются новые МГД-насосы
и перемешиватели, а также сепаратор для
очистки жидкого металла.
Подготовила
Е. ПОНИЗОВКИНА
|
05.05.04