Дающие энергию

26 марта 1971 года газета «Правда» сообщила об успешном завершении комплексных испытаний первой в мире советской атомной термоэмиссионной установки с непосредственным преобразованием атомной энергии в электрическую.

Во всех ныне действующих в мире атомных электростанциях атомная энергия преобразуется сначала в тепловую. Это тепло нагревает специальный жидкий теплоноситель. (Теплоносителем может быть не только вода, но и металлы — опять металлы! — например натрий. В этом случае расплавленный металл отдает свое тепло воде, превращая ее в пар.) Этот пар движет турбины, которые в свою очередь вращают роторы электрогенераторов, а те уже вырабатывают энергию. Вот как сложно, а главное, на каждой промежуточной стадии неизбежны какие-то потери энергии.

Действие термоэмиссионного (его называют также и термоионным) преобразователя основано на том же принципе, что и у электронной лампы — на способности металлов в нагретом состоянии испускать со своей поверхности электроны. И устроен он так же просто, как и простейшая электронная лампа — два электрода, разделенные вакуумом. Только катод здесь раскаляется не электрическим током, а энергией ядерного распада. Поток электронов, вылетающих из катода, попадает на анод и течет далее по внешней цепи. Как видите, в термоэмиссионных преобразователях (сокращенно ТЭПы) нет никаких механических движущихся частей, а значит, нет ни потерь на трение, ни износа деталей. ТЭПы могут длительное время исправно работать без систематического ухода и обслуживания человеком, а это очень важно, скажем, для космических источников электроэнергии.

Металлы могут и иным способом превращать тепловую энергию в электрическую. Если спаять две проволоки из разных металлов и место спая нагревать, а свободные концы держать при комнатной температуре или, что еще лучше, охлаждать, то в проволоках появится электрический ток. И он будет тем сильнее, чем больше температурная разница между спаем и свободными концами. Это происходит потому, что концентрация электронного газа, или, образно говоря, его «давление», у разных металлов неодинакова, и «побеждает» тот металл, у которого концентрация электронов больше. Это свойство широко используется в технике, в частности в металлургии, для определения температуры расплавленного металла.

В ванну мартеновской или электрической печи, где выплавляют сталь, опускают так называемую термопару — спай двух проволок из тугоплавких металлов. Свободные концы подсоединены к измерительному прибору, который по силе образующегося тока и определяет величину нагрева. Но термопара может найти и гораздо более широкое применение. В частности, она может стать источником энергии в будущем, когда человечество исчерпает запасы природных топлив. Например, если опустить спаянные концы на десятки километров под землю, где всегда высокая температура, то на поверхность непрерывно потечет «даровое» электричество. И не надо будет строить сложных и дорогих электростанций. Правда, для осуществления этой идеи необходимо разработать такие металлические сплавы, которые давали бы электроток большой силы, но это дело будущего.

Оказалось также, что металлы испускают электроны не только под действием тепла, но и под действием света.

Впервые это явление открыл Генрих Герц, а в 1888 году русский физик А. Г. Столетов начал его детальные исследования. Его опыты показали, что свет как бы вырывает из металла электроны. Это совершенно не согласовывалось с физическими воззрениями того времени. Лишь в 1905 году великий физик Альберт Эйнштейн дал этому явлению теоретическое обоснование, предположив, что свет поглощается (и выделяется) веществом не непрерывно, а отдельными порциями — квантами. Эти порции света получили название фотонов.