МГД-ЭНЕРГЕТИКА
Термоядерный реактор еще не работает, но проведенные исследования и разработки стимулировали развитие нового способа производства энергии с помощью магнитогидродинамических генераторов (МГД-генераторов).
МГД-генератор предназначен для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Принцип его работы состоит в следующем. Известно, что при движении в магнитном поле в проводнике возбуждается электродвижущая сила — ЭДС. Если концы проводника замкнуть на какую-либо нагрузку, то в цепи пойдет ток. Именно на этом принципе электромагнитной индукции, открытом Фарадеем более 150 лет назад, и работают все генераторы электрического тока, преобразующие механическую энергию движения в электрическую.
В обычном генераторе ротор вращается, магнитный поток пересекает обмотку и в ней возбуждается электрический ток. В МГД-генераторе нет вращающихся частей. Проводником, пересекающим магнитное поле, является низкотемпературная плазма — газ, нагретый до температуры 2500 °С и содержащий добавки легкоионизирующихся веществ (для повышения электропроводности). Когда такой газ с достаточно большой скоростью проходит в специальном канале через сильное магнитное поле, возникает ЭДС. Если электроды, соответствующим образом расположенные вдоль плазменного канала, соединить с нагрузкой, то ЭДС создаст ток в направлении, перпендикулярном движению газа и силовым линиям магнитного поля, способный совершать работу (рис. 6.4.1).
В МГД-генераторе движение газа осуществляется за счет собственного расширения, т. е. без применения какого-либо двигателя. В канале МГД-генератора вообще нет движущихся частей, и поэтому материал, из которого сделаны наиболее ответственные элементы, не испытывает сколько-нибудь значительных механических усилий. В этом состоит одно из важных преимуществ преобразования энергии с помощью МГД-генератора.
Перед разработчиками этих генераторов стоит та же нелегкая проблема, что и перед создателями термоядерного реактора: как получить сильные магнитные поля? Постоянные и очень сильные магнитные поля нужны для того, чтобы за малое время пролета частиц по каналу успеть «прибить» их к тому или иному электроду.
В МГД-электростанциях будущего, так же как и в термоядерных реакторах, необходимо использовать сверхпроводящие магнитные системы. В противном случае большая часть энергии будет уходить на собственные нужды МГД-генератора.
Магнитная система для наиболее распространенного типа МГД-генератора, так называемого линейного генератора, подобна отклоняющему магниту, используемому в ускорительной технике. Но размеры магнитной системы крупной МГД-электростанции должны быть значительно больше, чем магнитных систем, создаваемых для любых иных целей. Так, у МГД-генератора мощностью порядка 500 МВт сечение канала, в котором создается магнитное поле, будет составлять несколько квадратных метров при длине более 10 м. Запасенная в магнитном поле энергия может превышать 1010 Дж.