Текст книги "Возвращение чародея"

Автор книги: Владимир Келлер

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 16 страниц)

Три качества

Мы говорили о различных видах энергии, об ее способности превращаться из одного вида в другой. Закон сохранения требует, чтобы при этом общее количество энергии не изменялось. Количество– одна из важных характеристик энергии. Но у энергии есть еще и качество. Эта ее характеристика, пожалуй, даже поважнее.

Как же отличать энергию по качеству? Что служит здесь мерилом?

Прежде всего степень концентрации энергии в какой-то обусловленной единице объема.

Нетрудно гвоздь заколотить хорошим молотком. Но попытайтесь сделать то же самое подушкой весом в молоток и вы потерпите фиаско. У вас не получится ничего, хотя в обоих случаях вы применяли одинаковое количество кинетической энергии.

Попробуйте сварить на двух конфорках газовой плиты одновременно два яйца. Но одно яйцо вы положите в маленькую металлическую кружку, а другое – в обычную кастрюлю. Налейте, разумеется, заранее воды и в кружку и в кастрюлю. Что получится? Вода в маленькой посуде закипит быстро, и яйцо сварится минут через десять. В кастрюле же оно сварится гораздо позднее. В обоих случаях затрачено одно и тоже количество энергии, а результат различен.

Объемная плотность энергии, ее концентрация – важнейшая качественная характеристика энергии или, точнее, того предмета, который можно рассматривать для данного процесса как ее источник.

Из всех известных людям и используемых на практике источников энергии наибольшей ее объемной плотностью обладает атом. В атоме – этом карлике-невидимке – скрыты титанические запасы энергии. Одна из истин, открытых наукой наших дней, заключается в том, что чем мельче объект исследования и чем, казалось бы, он дальше от живой практики, тем больше он сулит ей. Чем меньше лилипутик, тем больший великан скрывается под этой маской.

В конце концов лилипутик-атом приобрел такую ценность, что его стали продавать и покупать. Вполне естественно, что именно у нас – в стране, создавшей первую атомную электростанцию и первый атомный ледокол, в стране, надевшей на атом спецовку доброго труженика, – впервые атом появился на прилавке.

Существует один магазин, не похожий на все остальные. Товар в кем необычный – атомы. Известен адрес магазина: Москва, Ленинский проспект, 70.

Клиноподобные буквы вывески «Изотопы» видны издалека.

А у больших окон-витрин постоянно толпится публика: привлекают необычные приборы и сооружения, выставленные там, и прекрасная сверкающая модель атома, воспроизводящая его условный облик. Но мы не задержимся у витрин, а сразу пройдем в помещение – в просторный демонстрационный зал магазина.

Давно ли неисчерпаемые ресурсы атомного ядра стали доступны людям! А сегодня атомная энергия служит человеку в самых различных областях.

– Ядерные излучения, – скажет вам старший инженер (продавцы там – физики и инженеры), – то есть излучения, испускаемые радиоактивными изотопами и возникающие в ядерных реакторах, работают двояко. С одной стороны, как мощные средства воздействия на вещества и процессы, с другой – как тонкие инструменты исследования в бесчисленных областях науки и техники. Важнейшие мирные применения атомной энергии, радиоактивных изотопов – это медицина, сельское хозяйство, промышленность, научные исследования. Физика и химия, металлургия и автоматика, биология с ее многообразием областей применения, начиная с физиологии высшей нервной деятельности и кончая агрономией, стали широкой областью применения радиоактивных изотопов.

– Вы продаете изотопы представителям всех этих областей?

– Да, мы поставляем по заявкам учреждений и организаций источники ядерных излучений всех видов: альфа, бета, гамма и нейтронных. Мы продаем соединения изотопов, не только излучающих, радиоактивных, но и не излучающих, стабильных. Но, кроме того, мы принимаем заказы на облучение образцов материалов и деталей нейтронами и продаем средства защитной техники для безопасной работы с радиоактивными веществами. Вот взгляните-ка сюда.

Мы подходим к отделению защитной техники. Посредине зала стоят внушительные вытяжные шкафы, предназначенные для защиты обслуживающего персонала лабораторий от альфа– и бета-облучения и не допускающие загрязнения воздуха рабочего помещения радиоактивными газами, аэрозолями и токсическими (ядовитыми) веществами.

В конце зала мы невольно задержимся перед защитным пневмокостюмом. Он удивительно напоминает те, в которых летчики-космонавты завоевывают космическое пространство.

– И у вас много зарубежных покупателей? – интересуемся мы.

– Да, очень много. Все народно-демократические страны и значительное число капиталистических.

– Что же особенно интересует ваших зарубежных покупателей?

– В сущности, то же самое, что и советских. Особенно часто зарубежные заказчики интересуются приборами и оборудованием, приспособленными для геологоразведывательных работ.

Мы остановимся перед небольшими ящичками, надписи к которым поясняют, что это поисковые радиометры типа «Кристалл» и «Разведчик-1»… Ценное приобретение для геологов!

В самом центре зала наше внимание привлечет большая светящаяся доска. Это расширенная таблица Менделеева: на ней изображены символы и характеристики радиоактивных и стабильных изотопов. В настоящее время, вместе с искусственно полученными, известно 104 элемента. Но каждый элемент имеет разновидности – изотопы. Сколько же изотопов и вообще источников радиоактивного излучения может продемонстрировать и предложить своим покупателям московская контора «Изотопы»?

На этот вопрос нам отвечают так:

– Стабильных, нерадиоактивных изотопов примерно 350–400 наименований, радиоактивных же вместе с источниками ядерных излучений – 400–500. Сегодня это, пожалуй, превышает практическую потребность в разновидностях «мирного атома». Производственники, врачи, работники сельского хозяйства, ученые не используют еще всех возможностей изотопов. Поэтому мы придаем большое значение всем способом наглядной демонстрации способностей радиоактивных материалов. У нас здесь есть кинозал, в котором мы демонстрируем научно-популярные кинофильмы, рассказывающие, как работают изотопы в разных областях.

– Кто же больше всего посещает магазин? – обращаемся мы к девушке, работающей здесь в качестве инженера-физика и экскурсовода.

– Пожалуй, врачи. Медицинские учреждения покупают у нас много изотопов. Покупают также дозиметры – приборы для проверки уровня радиации в помещениях. А многие приходят просто познакомиться с применением изотопов в медицине. С помощью радиоактивных изотопов диагностируют болезни, лечат злокачественные опухоли, заболевания щитовидной железы, экземы.

– Вероятно, много интересного здесь находят для себя и труженики полей?

– Конечно. С помощью радиоактивных препаратов сейчас производят очень сильные ядохимикаты для борьбы с вредителями сельского хозяйства. Или, скажем, хранение овощей. Сколько картофеля гибнет весной от прорастания! Но попробуйте облучить его при помощи простейшей установки, испускающей гамма-лучи, и он не будет прорастать год и даже больше. Такая установка доступна многим нашим колхозам и совхозам с емкими овощехранилищами. Это куда выгоднее опыливания картофеля дорогостоящими и дефицитными химическими препаратами. К тому же надо учесть, что радиоактивно обработанный картофель не прорастает даже при хранении в обычных, то есть специально не охлаждаемых хранилищах.

Удивительный магазин мирного атома на Ленинском проспекте в Москве кажется витриной будущего. Впрочем, если судить по интенсивной деятельности магазина, оно уже в какой-то мере становится настоящим.

Но вернемся к качественным особенностям энергии. Чем еще, кроме концентрации, один вид энергии может отличаться от другого?

Вторая качественная особенность энергии – это ее способность превращаться в другие виды. Все виды превращаются, но не все одинаково легко и быстро. Понятно, что из разных видов энергии ценнее признается та, которая с наименьшими потерями может быть превращена во что-нибудь нужное другое.

Третья качественная особенность – это способность энергии дешево и легко передаваться на большие расстояния.

Если в смысле концентрации атомная (ядерная) энергия стоит на первом месте, то по второму и третьему качественным признакам нет энергии лучше электрической.

Электрическая энергия легко и с незначительными потерями превращается в другие виды. По проводам она передается тоже с очень высоким к. п. д. на очень большие расстояния. Ни одна другая энергия таким счастливым даром не обладает. Поэтому, хотя киловатт-час солнечной энергии, уловленный зеркальной установкой, физически равноценен киловатт-часу электрической, выработанной на тепловой электростанции, единица электрической энергии ценнее той же единицы, если за ней стоят солнечная и любая другая энергии.

Откуда бы люди ни извлекали нужную им энергию – из каменного ли угля или из морских приливов, из ядер ли атомов или из отходов сельского хозяйства, – они во всех случаях стараются прежде всего прикинуть: а много ли при этом можно получить электрической энергии?

Обычно такая прикидка делается с помощью относительной величины, показывающей, какая доля содержащейся в источнике и характерной для него энергии может быть превращена в электрические киловатт-часы. Эту величину можно назвать электрическим к. п. д. источника.

Максимальный электрический к. п. д. каменного угля – 38 %. Интересно, что самым высоким к. п. д. такого рода обладает падающая вода – 94–95 %. Это значит, что гидроэлектростанции – особенно выгодные экономически установки, что почти вся энергия текущей воды может быть превращена в электрическую.

Спектр энергии

К обилию энергии для техники, науки, бытовых нужд стремятся все народы. Ведь это одно из основных условий нормальной жизни. Можно хорошо работать, безбедно жить, пользоваться всеми благами культуры.

Ну, а как в действительности?

Есть такое понятие – «установленная мощность». Это выраженная в киловаттах мощность работающих генераторов электрического тока (динамо-машин). Понятно, что чем она выше, тем больше электричества могут выработать электростанции, тем богаче страна и ее возможности.

Какая же установленная мощность приходится на одного человека?

Если говорить о земном шаре в целом, до обилия здесь далеко. По подсчетам академика Н. Н. Семенова, на одного человека в среднем приходится сегодня 0,1 установленных квтэлектрической мощности. Это в полтора раза меньше мускульной мощности человека (в среднем 0,15 квт). Человек, занимающийся физическим трудом, за семь часов может выработать 0,15 х 7 – примерно 1 квт-ч(количество энергии, которой можно вскипятить 6,2 литра воды). А невидимый электрический помощник, созданный человеком себе в подмогу, за то же время выработает всего 0,7 квт-ч. Меньше, чем сам человек способен. Нерачительный пока что помощник!

Конечно, 0,1 квт– это среднее число. В СССР и в других экономически развитых странах оно гораздо больше. Зато есть страны с экономикой, расшатанной господством колониалистов, где соответствующие числа много ниже среднего.

Так, в странах Африки на душу населения приходится установленной электрической мощности в 26 раз меньше, чем на душу населения в промышленно передовых странах.

Во сколько же раз человечество должно повысить мощность своих электростанций, чтобы добиться энергетического изобилия, чтобы сказать: «Теперь хватит на всё задуманное; есть все технические возможности для построения богатой жизни»?

Но не праздный ли это вопрос? Ясно, что 0,2 квтна человека лучше, чем 0,1 квт, а 1 квтлучше двух десятых. Могут ответить в том смысле, что предела человеческому аппетиту на энергию установить нельзя и сколько бы электростанций на Земле ни настроили, всегда будут стараться построить еще.

В действительности есть предел для повышения общей мощности электростанций. Мы его назовем, чтобы показать, как он далек от того, что сейчас имеется на планете, как много еще надо трудиться будущим поколениям, чтобы приблизиться к нему. Впрочем, может быть, люди и не будут стремиться его достигнуть?

Больше всего электроэнергии в недалеком будущем будут вырабатывать так называемые термоядерные электростанции, подробнее о которых мы скажем чуть позже. Но для того чтобы эти электростанции работали, необходимо осуществлять термоядерные реакции, а они всегда сопровождаются выделением в атмосферу или в почву больших количеств тепла.

Академик Н. Н. Семенов, специально интересовавшийся этим вопросом, пришел к выводу, что, когда выделяющееся от термоядерных котлов тепло составит 10 % от всей солнечной энергии, падающей на Землю, средняя температура на Земле повысится, по-видимому, на 7 градусов. Это, вероятно, вызовет бурное таяние снегов Арктики и Антарктики, может грозить всемирным потопом и другими неприятными последствиями. Поэтому, считает Н. Н. Семенов, вряд ли добыча термоядерной энергии будет превышать 5 % от солнечной энергии.

Но даже и в этом случае электроэнергии можно получить в 12 500 раз больше, чем теперь. Если так и сделают, то на одного человека при сегодняшней численности населения Земли придется не по 0,1 квт,а по 1250 квт.Даже если население резко увеличится, и тогда не будет оснований обижаться на энергетиков: при десятикратном увеличении численности людей на душу населения придется 125 квт.Куда уж богаче!

Но это далекий-далекий предел, к которому, повторяем, люди, возможно, не будут и стремиться. Как, однако, они собираются просто улучшать сегодняшнее положение, за счет чего думают извлекать столь нужные им киловатт-часы?

Термоядерные электростанции – это дело будущего, хотя бы и не столь далекого. Есть и другие способы добывать электроэнергию; да и в будущем рядом с термоядерными электростанциями, несомненно, будут действовать другие, основанные на иных источниках энергии.

Исторически не так еще давно всего три стихии – огонь, ветер и вода – были чуть ли не единственными известными человеку источниками энергии. Теперь их гораздо больше.

Среди важнейших современных источников – реки и многочисленные топлива, ископаемые и неископаемые: уголь, нефть, природный горючий газ, горючий сланец, торф, дрова. Делаются попытки запрячь в колесницу человеческого прогресса «новые» стихии: солнечное излучение, приливы океанов, внутреннее тепло Земли. Работает и ветер. Применяется пока что и мускульная энергия человека и его домашнего скота – источник, некогда игравший основную роль в преобразовании природы. Можно назвать и другие источники…

Лет тридцать назад разным видам энергии любили давать названия «цветных углей»: энергия водопадов – «белый уголь», ветра – «голубой уголь» и т. д. Потом почти перестали – много условного. А зря! Условности, конечно, есть, но есть и определенные удобства. Цвета «углей» напоминают их происхождение. «Голубой» – вызывает в памяти образ неба, «красный» – цвет огнедышащего вулкана, «желтый» – солнца, «перламутровый» – переливы пролитой нефти или керосина и т. д. Похоже по существу и поэтично.

Давайте же восстановим образы! Где не было «угля» и цвета, придумаем название. Атомную энергию (расщепляющие материалы) назовем «оранжевым углем» – напоминает цвет урана. Водородно-ядерному горючему (дейтерий, тритий) название придумать трудно, потому что горючее физически не имеет цвета. Что ж, его можно назвать «бесцветным углем».

Не будем отождествлять с цветами спектра мускульную энергию. Как к элементу жизни, к ней неуместно применение терминов неживого. К тому же это отмирающий источник промышленной энергии, он скоро полностью исчезнет.

Еще ряд общих замечаний, и мы рассмотрим основные количественные и качественные характеристики «цветных углей».

При всем своем многообразии известные нам источники энергии могут быть разбиты на четыре группы: вызванные солнечным теплом и светом (все виды топлива, кроме ядерного, солнечная радиация, ветер, реки, тепло морей и океанов, мускульная энергия); вызванные вращением Земли и лунным притяжением (приливы и отливы); вызванные известными нам ядерными перестройками (атомная и термоядерная энергия); последняя группа – внутреннее тепло Земли.

С другой стороны, есть «угли» невосполняющиеся, ограниченные в своих запасах, и есть восполняющиеся ежегодно, то есть в известном смысле неограниченные (они ограничены лишь ежегодной нормой расхода: нельзя, например, сжечь больше дров, чем это позволяют природные ресурсы). Невосполняющиеся – это ископаемое топливо, включая сырье для атомных электростанций (расщепляющиеся материалы) – уран и торий. Восполняющиеся, условно неограниченные – все остальные.

Вообще говоря, к ограниченным источникам относится и сырье для будущих термоядерных электростанций. Однако энергии в них запасено так много, что мы их будем считать неограниченными источниками, поставим в один ряд с источником солнечной энергии.

Люди привыкли иметь дело с ограниченными источниками энергии (хотя и считали их неограниченными). Но, не говоря уж о том, что сжигать их – пережиток (все равно что сжигать ассигнации, деньги, как выразился Д. И. Менделеев), их просто мало: хватит на несколько столетий.

Ученые, инженеры направляют теперь свои усилия на то, чтобы поскорее научиться извлекать энергию из тех неограниченных источников, из которых или еще не умеют ее извлекать, или делают это плохо. Пора кончать с расточительными привычками предков, пора установить с природой связь не одностороннюю – на истощение одного партнера, а двустороннюю, основанную на взаимности; природа обеспечивает людей источниками энергии, люди делают все от них зависящее, чтобы отданное природой возвращалось к ней обильным и доброкачественным.

– Человек тоже тело природы, – говорил один учитель. – Берегите природу, если себя сберечь хотите. Одно взяли, другое отдайте. Греетесь ее угольком – деревцо посадить не забудьте.

Какими запасами энергии располагает все человечество? Каждый год на это отвечают чуточку иначе: находят новые источники, уточняют и исправляют данные по старым… Перелистаем различные – не только наши, но и зарубежные – журналы, газеты, справочники и энциклопедии последних лет, включая год выпуска настоящей книги (1970). Выпишем то, что говорится в них о мировых запасах топлив. Отбросим сомнительные данные, прикинем на глазок, где современных данных нет, но известно, какую долю в общем энергетическом балансе, в общих мировых запасах составляло интересующее нас топливо несколько лет назад. В конце концов мы получим приблизительный ответ на вопрос, который задавали.

Разберем полученное.

Посмотрим сперва, как обстоит дело с невосполняющимися, ограниченными источниками энергии.

Невосполняющиеся (ограниченные) источники энергии

В таблице собраны последние результаты поисков источников энергии, прячущихся в земле. Разведанные запасы переведены по общей емкости энергии в квт-ч. В предпоследней графе указано, сколько энергии в среднем находится в килограмме топлива: эта величина, характеризующая объемную плотность энергии, называется еще теплотворной способностью и по традиции выражается в килокалориях. В последней графе – максимально достигаемая теперь (во всяком случае, в массовых масштабах) доля всей энергии, которую удается превратить в электричество.

Как видно, самым богатым источником энергии среди ископаемых топлив являются расщепляющиеся материалы. Считают, что одного из этих материалов – активного урана (урана-235) – 2 миллиона тонн, а другого – тория – 2,74 миллиона тонн. Всего получается 4,74 миллиона тонн.

В 1 килограмме урана содержится, как известно, 8·10 ¹³ дж, или 18,9 миллиарда ккал, или 22 миллиона квт-чэнергии (в 2,7 миллиона раз больше, чем в 1 килограмме угля). Это дает общую энергоемкость запасов расщепляющихся материалов 10 ¹⁷ квт-ч.

К. п. д. атомных электростанций невелик, и мы его принимаем равным 17 %.

Запасов каменного угля на Земле примерно 10 тысяч миллиардов тонн. Считая среднюю теплотворную способность угля 7000 ккал/кг,что соответствует 8,1 квт-ч, делаем отсюда вывод, что всего в земле, в не извлеченных пока еще на-гора угольных массивах, затаено для человека 81 миллион миллиардов квт-чэнергии.

Если уголь содержит в себе еще сравнительно большие запасы киловатт-часов, не очень сильно отличающиеся от запасов атомного горючего, то с остальными ископаемыми топливами дело хуже: сланец, торф, природный горючий газ и нефть таят в себе все, вместе взятые, гораздо меньше энергии, чем один только уголь.

С расчетами этих «цветных углей» дело обстоит сложнее: временами появляются в газетах радующие сознание известия, что то тут, то там открыли новый источник энергии. Богатые, например, запасы нефти открыты в Сибири и в Татарии. В Сибири нашли и газ, чего там никогда не видывали. И все же, чтобы не пропустить и эти «цвета» энергии, мы поступим так: воспользуемся соотношением между различными топливами, существовавшими до последнего времени (по опубликованным данным), и, ориентируясь на уголь, высчитаем количества энергии в сланцах, нефти и т. д. Думаю, что принципиальной ломки указанных там соотношений не произошло и вряд ли она произойдет в ближайшем будущем. Для приблизительных подсчетов это подойдет.

Соотношения таковы. Если все запасы ископаемого топлива (кроме ядерного) на Земле выразить в тепловых единицах и принять за 100 %, то:

95,4 % этого тепла будет заключено в каменном и буром угле,

2,4 % – в горючем сланце,

1,9 % – в торфе,

0,3 % – в нефти и в естественном горючем газе (обычно связанном с нефтяными месторождениями).

Выходит, что если 95,4 % соответствует 81·10 ¹⁵ квт-чэнергии, содержащейся в мировых запасах каменного и бурого угля, то энергии во всем горючем сланце на Земле (2,4 %) – 2·10 ¹⁵ квт-ч,в торфе – 1,6·10 ¹⁵ квт-ч, а в нефти и природном газе только 25·10 ¹³ квт-ч.

В таблицу «Восполняющиеся (неограниченные) источники энергии» сведены все основные данные по таким источникам энергии, которые практически вечны, то есть могут считаться неограниченными, если, разумеется, использовать их целесообразно, не переходя известных пределов.

Восполняющиеся (неограниченные) источники энергии

1 Энергия всего дейтерия на Земле.

Здесь лишь запас «бесцветного угля» – топлива для будущих термоядерных электростанций – может быть подсчитан до конца и выражен определенным числом. По остальным источникам энергии мы показали, какое количество киловатт-часов они способны безболезненно отдавать людям ежегодно.

Вот краткие пояснения ко всем девяти «цветным углям».

«Бесцветный уголь».Топливом для будущих термоядерных электростанций являются тяжелые разновидности (изотопы) легчайшего элемента – водорода. Эти разновидности – дейтерий и тритий. Тритий в природе практически не существует, он получается искусственным путем, дейтерия же в общей сложности очень много. На каждые 5–6 тысяч молекул воды морей, океанов, рек приходится одна молекула «тяжелой воды»; в ней вместо обыкновенного водорода – тяжелый водород: дейтерий.

В каждом литре, или килограмме, воды содержится около 0,02 грамма дейтерия. Кажется, немного, а теплотворная способность этой порции соответствует 3800 квт-ч, то есть теплотворной способности примерно 300 литров бензина. Это значит, что если бы все наши океаны, моря, озера и реки были бы наполнены не водой, а бензином, то в этом случае мы оказались бы беднее энергией раз в триста против того, чем фактически располагаем (точнее, будем располагать, когда научимся использовать дейтерий как топливо для электростанций).

Приняв во внимание общий вес воды во всех земных водоемах 14·10 ²⁰килограммов, мы с помощью простых арифметических действий получим, что общие запасы термоядерной дейтериевой энергии на Земле близки к 5·10 ²⁴ квт-ч– в 50 миллионов раз больше запасов расщепляющихся материалов.

Если положить ежегодные затраты на выработку энергии для всевозможных нужд в 5·10 ¹⁵ квт-ч, то есть в 100 раз больше современной ежегодной выработки, то получится, что дейтерия в качестве топлива для электростанций хватит на миллиард лет.

«Желтый уголь».Солнечные лучи – родоначальник большинства других восполняющихся источников энергии. Это солнечные лучи, как мы говорили, поддерживают постоянную многоводность рек. Это они, неравномерно нагревая атмосферу, приводят к различию ее плотностей и тем порождают ветер. Каменный и бурый уголь, торф, нефть, природный газ – все это аккумуляторы солнечной энергии: они образовались в далекие или недалекие времена в результате поглощения лучистой энергии листьями и стеблями растений.

«Запасы» солнечной энергии во много раз превосходят все остальные восполняющиеся источники. Струясь непрерывным благодатным потоком на Землю, солнечные лучи приносят на каждый квадратный метр земной поверхности в среднем 1 квтмощности. Если это перевести в энергию, учтя неравномерность солнечного освещения в зависимости от времени года и дня, а также от географической широты, то получается, что годовой приход солнечной энергии на Земле составляет 15·10 ¹⁶ квт-ч. Это в десятки тысяч раз больше той энергии, которую вырабатывают сейчас все электростанции планеты.

За три минуты Солнце дает столько энергии, сколько расходуется ее на нашей планете за год.

К сожалению, к солнечной энергии, как к никакой другой, подходит выражение: «По усам течет, а в рот не попадает». Очень трудно сконцентрировать эту наиболее обесцененную из-за ее равномерной рассеянности энергию. Вогнутые зеркала и зачерненные поверхности для поглощения солнечной энергии, кассеты со светочувствительной жидкостью и другие ловушки солнечных лучей – все это не дает пока желаемого эффекта.

Только в самые последние годы в этом смысле появились перспективы: стали создавать полупроводниковые генераторы, способные превращать лучистую энергию в электричество. К. п. д. их сравнительно (против обыкновенных гелиоустановок) высок – до 11 %.

Недавно был обнаружен аккумулятор солнечных лучей буквально у нас над головой – в верхних слоях атмосферы. Выяснилось, что на высоте 150–200 километров над землей кислород под действием солнечных лучей находится не в молекулярном, как обычно, а в атомарном состоянии – его молекулы расщеплены на атомы. Расщепленные атомы сравнительно нетрудно объединить снова. Зачем? При этом выделяется немалая энергия. Ее запасы таковы, что если взять на той высоте пятидесятикилометровый слой, то он способен дать энергию 10 ¹² ккал– столько, сколько освобождается при сгорании нескольких миллионов тонн угля.

Впрочем, и здесь тот же недостаток, что у солнечной радиации, – малая объемная плотность.

«Зеленый уголь».Растения, их зеленые листья, стебли и лепестки – это разбросанные по всей планете маленькие фабрики по переработке молекул воды и углекислого газа при помощи энергии солнечных лучей в органические вещества с большим запасом энергии в молекулах.

Процесс этот имеет малый к. п. д. – всего 1 %, но в целом ежегодно улавливаемая от Солнца и запасаемая растениями энергия составляет около 2 миллионов миллиардов квт-ч.Это в сотни раз выше выработки энергии всеми электростанциями Земли. Если бы, не касаясь основных зеленых фондов, люди научились использовать (сжигая, как дрова, перерабатывая сперва на горючий газ, и т. д.) ¹/ ₁₀энергии растений, это давало бы ежегодно 2·10 ¹⁴ квт-ч.

«Синий уголь».Приливы и отливы обладают довольно большой общей мощностью. К сожалению, заставить их работать на человека пока довольно трудно: они «пульсируют» и поэтому не могут дать равномерного притока энергии. Приходится создавать новые типы горизонтальных турбин, работающих в четырех режимах: турбинном и насосном, один раз при прямом, другой раз при обратном направлениях потока через машину. Есть и другие технические трудности, о которых здесь можно не распространяться.

Затрудняет использование энергии приливов и то, что береговая линия морей очень вытянута, а также, что не везде приливы достаточно высоки. При небольшой же высоте объемная плотность энергии воды невелика, добывание энергии становится невыгодным.

Пока в различных странах (Аргентина, Франция и др.) работают небольшие приливные электростанции (ПЭС), крупнейшая из них – недавно пущенная около порта Сен-Мало (Франция). Строительство очень крупной – на 340 тысяч квт– ПЭС заканчивается во Франции на северо-западном побережье, в устье реки Ранс (высота приливов достигает там 8–9 метров).

На долю нашей страны приходится небольшая часть приливной мощности земного шара: 72 миллиарда квтиз примерно 8000 миллиардов квт. В СССР строится в Кислой Губе, в районе Мурманска, первая ПЭС. На основе ее опыта будут сооружены уже проектируемые приливные электростанции в Лумбовском и Мезенском заливах Белого моря.

«Белый уголь».Энергия текущей, в частности падающей воды – один из стариннейших источников обузданной энергии. Древнегреческий поэт Антипатр настолько был восхищен водяным колесом, что воспел его в следующих стихах:

«Дайте отдых своим рукам, о работницы, и спите безмятежно! Напрасно будет петь петух, возвещая вам о наступлении утра. Део поручила работу девушек нимфам, и они легко теперь прыгают по колесам, так что сотрясаемые оси вертятся вместе со своими спицами и заставляют вращаться тяжелый жернов. Будем же жить жизнью отцов и без труда наслаждаться дарами, которыми нас наделила богиня».

Тысячи лет водяные колеса были основными преобразователями энергии падающей воды. И лишь с конца прошлого столетия их стали вытеснять, пока не вытеснили почти совершенно, водяные турбины – колеса с изогнутыми лопастями, вращающиеся под влиянием напора протекающей через них воды.

В настоящее время гидроэлектростанции (ГЭС) вырабатывают примерно 7 % всей мировой электроэнергии. Эта сравнительно небольшая цифра бесспорно будет расти, особенно у нас в Сибири и на Дальнем Востоке. Могучие реки наших восточных областей – Обь, Ангара, Лена, Енисей, Амур – и их многочисленные притоки несут в себе запасы «белого угля», в девять раз превышающие запасы всех остальных рек страны.

Мощность всех рек земного шара составляет примерно 4 миллиарда квт.Это значит, что ежегодно они способны вырабатывать 4 х 10 ⁹х 8760 (число часов в году) приблизительно 35·10 ¹² квт-чэнергии. Фактически же используется лишь 1 %.

Потенциальная мощность рек Советского Союза – 400 миллионов квт, а используется пока около 20 миллионов квт.

Чтобы получить расчетную плотность энергии речной воды, взяты данные Днепровской ГЭС имени В. И. Ленина. Турбины, установленные там, развивают мощность каждая 75 тысяч квтпри расчетном напоре 36,3 метра. Максимальный расход воды – 240 кубометров в секунду.

Итак, 240 кубометров, или тонн, падающей воды вырабатывают 75 тысяч квт-сек,или 75 000 : 3600 = 20,8 квт-чэлектроэнергии. Но 1 квт-чравен 861 ккал. Значит, в переводе на килокалории 240 тысяч килограммов воды на Днепровской ГЭС вырабатывают 20,8 х 861 = 17 900 ккал.С учетом к. п. д. – 94 % – плотность этого источника энергии составляет: ^17 900/ _{240 000 х 0,94}= 0,083  ккал/кг.