In effetti, ci sono diverse strutture simili nel mondo. Cominciamo con Solar Furnace in Francia, ovvero Francia.
La fornace solare in Francia è progettata per generare e concentrare le alte temperature richieste per vari processi.
Questo viene fatto catturando i raggi del sole e concentrando la loro energia in un unico luogo. La struttura è ricoperta da specchi curvi, la loro luminosità è così grande che è impossibile guardarli, fa male agli occhi. Nel 1970 fu eretta questa struttura, i Pirenei orientali furono scelti come luogo più adatto. E fino ad oggi, la fornace rimane la più grande del mondo.
A una serie di specchi vengono assegnate le funzioni di un riflettore parabolico e un regime di alta temperatura al centro stesso può raggiungere i 3500 gradi. Inoltre, puoi regolare la temperatura cambiando gli angoli degli specchietti.
Il Forno Solare, utilizzando una risorsa naturale come la luce solare, è considerato un metodo indispensabile per generare alte temperature. E, a loro volta, vengono utilizzati per una varietà di processi. Quindi, la produzione di idrogeno richiede una temperatura di 1400 gradi. Le modalità di prova dei materiali eseguite in condizioni di alta temperatura prevedono una temperatura di 2500 gradi. È così che vengono testati veicoli spaziali e reattori nucleari.
Quindi il Solar Oven non è solo un edificio straordinario, ma anche vitale ed efficiente, pur essendo considerato un modo ecologico e relativamente economico per ottenere temperature elevate.
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La serie di specchi funge da riflettore parabolico. La luce è focalizzata in un centro. E la temperatura lì può raggiungere temperature alle quali l'acciaio può essere fuso.
Ma la temperatura può essere regolata impostando gli specchi a diverse angolazioni.
Ad esempio, le temperature intorno ai 1400 gradi vengono utilizzate per produrre idrogeno. Temperatura 2500 gradi - per testare materiali in condizioni estreme. Ad esempio, i reattori nucleari e le navicelle spaziali vengono testati in questo modo. Ma per la produzione di nanomateriali vengono utilizzate temperature fino a 3500 gradi.
Il forno solare è un modo economico, efficiente ed ecologico per generare alte temperature.
Nel sud-ovest della Francia l'uva attecchisce notevolmente e tutti i tipi di frutti maturano: fa caldo! Tra l'altro, qui il sole splende quasi 300 giorni all'anno e, in termini di numero di giornate limpide, questi luoghi sono forse secondi solo alla Costa Azzurra. Se caratterizziamo la valle vicino a Odeillo dal punto di vista della fisica, la potenza della radiazione luminosa qui è di 800 watt per 1 metro quadrato. Otto potenti lampadine a incandescenza. Poco? Abbastanza perché un pezzo di basalto si sparga in una pozzanghera!
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"Il forno solare di Odeillo ha una capacità di 1 megawatt e questo richiede quasi 3.000 metri di superficie a specchio", afferma Serge Chauvin, custode del museo locale dell'energia solare. - Inoltre, è necessario raccogliere la luce da una superficie così ampia in un punto focale con un diametro di un piatto piano.
Gli eliostati - speciali piastre a specchio - sono installati di fronte allo specchio parabolico. Ce ne sono 63 con 180 sezioni. Ogni eliostato ha il suo "punto di responsabilità" - un settore della parabola, che riflette la luce raccolta. Già su uno specchio concavo, i raggi del sole vengono raccolti in un punto focale: lo stesso forno. A seconda dell'intensità della radiazione (leggi - la chiarezza del cielo, l'ora del giorno e il periodo dell'anno), le temperature possono essere molto diverse. In teoria - fino a 3800 gradi Celsius, in realtà è salito a 3600.
"Insieme al movimento del sole, gli eliostati si muovono nel cielo", Serge Chauvin inizia la sua escursione. - Ognuno ha un motore sul retro e insieme sono controllati centralmente. Non è necessario impostarli nella posizione ideale: a seconda dei compiti del laboratorio, il grado al punto focale può essere variato.
La costruzione del forno solare di Odeillo iniziò nei primi anni '60, ed è stata avviata già negli anni '70. Per molto tempo è rimasto l'unico del suo genere sul pianeta, ma nel 1987 ne è stata eretta una copia vicino a Tashkent. Serge Chauvin sorride: "Sì, esattamente una copia."
A proposito, anche il forno sovietico rimane operativo. Su di esso, tuttavia, eseguono non solo esperimenti, ma svolgono anche alcuni compiti pratici. È vero, l'ubicazione della fornace non consente di raggiungere le stesse alte temperature della Francia: nel punto focale gli scienziati uzbeki riescono a raggiungere meno di 3000 gradi.
Lo specchio parabolico è composto da 9000 sfaccettature. Ciascuno è lucido, rivestito in alluminio e leggermente concavo per una migliore messa a fuoco. Dopo la costruzione della fornace, tutte le sfaccettature sono state installate e calibrate a mano: ci sono voluti tre anni!
Serge Chauvin ci conduce in un sito vicino all'edificio del forno. Insieme a noi - un gruppo di turisti arrivati a Odeillo in autobus - il flusso degli amanti dell'esotismo scientifico non si ferma mai. Il curatore del museo stava per dimostrare il potenziale nascosto dell'energia solare.
- Madame e monsieur, la vostra attenzione! - Anche se Serge sembra più uno scienziato, sembra più un attore. - La luce emessa dalla nostra stella consente ai materiali di riscaldarli, accenderli e fonderli istantaneamente.
Un operaio di un forno solare prende un ramo regolare e lo mette in una grande vasca con un interno a specchio. Serge Chauvin impiega alcuni secondi per trovare il punto focale e la levetta si accende immediatamente. Meraviglie!
Mentre i nonni francesi sussultano e gemono, il lavoratore del museo si avvicina a un eliostato indipendente e lo sposta esattamente in modo che i raggi riflessi colpiscano una copia più piccola dello specchio parabolico installato proprio lì. Questo è un altro esperimento visivo che mostra le capacità del sole.
- Madame e monsieur, ora scioglieremo il metallo!
Serge Chauvin mette un pezzo di ferro nel supporto, muove la morsa alla ricerca di un punto focale e, trovandolo, si allontana per un breve tratto.
Il sole sta rapidamente facendo il suo lavoro.
Un pezzo di ferro si riscalda istantaneamente, inizia a fumare e persino a scintille, soccombendo ai raggi caldi. In soli 10-15 secondi, viene bruciato un foro delle dimensioni di una moneta da 10 centesimi di euro.
- Ecco! - Serge si rallegra.
Mentre torniamo all'edificio del museo, ei turisti francesi si siedono nella sala del cinema per guardare un film scientifico sul lavoro del forno solare e del laboratorio, il custode ci racconta cose interessanti.
- Molto spesso le persone chiedono perché tutto questo è necessario, - Serge Chauvin alza le mani. - Dal punto di vista della scienza, le possibilità dell'energia solare sono state studiate, applicate ove possibile nella vita di tutti i giorni. Ma ci sono attività che, in termini di scala e complessità di esecuzione, richiedono installazioni come questa. Ad esempio, come simuliamo l'effetto del sole sulla pelle di un'astronave? O riscaldare la capsula di discesa che torna dall'orbita verso la Terra?
In un apposito contenitore refrattario, installato nel punto focale del forno solare, è possibile ricreare tali, senza esagerare, condizioni ultraterrene. È stato calcolato, ad esempio, che un elemento di rivestimento deve resistere a temperature di 2500 gradi Celsius - e questo può essere testato empiricamente qui a Odeillo.
Il custode ci accompagna attraverso il museo, dove sono installati vari reperti - partecipanti a numerosi esperimenti condotti nel forno. La nostra attenzione è rivolta al disco freno in carbonio …
- Oh, questa cosa viene dal volante di una macchina di Formula 1, - annuisce Serge. - Il suo riscaldamento in alcune condizioni è paragonabile a quello che possiamo riprodurre in laboratorio.
Come accennato in precedenza, la temperatura nel punto focale può essere controllata utilizzando eliostati. A seconda degli esperimenti effettuati, varia da 1400 a 3500 gradi. Il limite inferiore è richiesto per la produzione di idrogeno in laboratorio, un intervallo compreso tra 2200 e 3000 per testare vari materiali in condizioni di calore estremo. Infine, oltre 3000 è l'area di lavoro con nanomateriali, ceramiche e creazione di nuovi materiali.
"Il forno di Odeillo non svolge compiti pratici", continua Serge Chauvin. - A differenza dei nostri colleghi uzbeki, non dipendiamo dalle nostre attività economiche e siamo impegnati esclusivamente nella scienza. Tra i nostri clienti non ci sono solo scienziati, ma anche vari dipartimenti, ad esempio la difesa.
Ci fermiamo solo a una capsula di ceramica, che risulta essere lo scafo di una nave drone.
"Il Dipartimento della Guerra ha costruito un forno solare di diametro inferiore per le proprie necessità pratiche qui, nella valle vicino a Odeillo", dice Serge. - Può essere visto da alcuni tratti della strada di montagna. Ma per gli esperimenti scientifici, si rivolgono ancora a noi.
Il supervisore spiega qual è il vantaggio dell'energia solare rispetto a qualsiasi altra nello svolgimento di compiti scientifici.
- Per prima cosa, il sole splende gratis, - piega le dita. - In secondo luogo, l'aria di montagna contribuisce a condurre esperimenti in una forma "pura" - senza impurità. Terzo, la luce solare consente ai materiali di essere riscaldati molto più velocemente di qualsiasi altra installazione, il che è estremamente importante per alcuni esperimenti.
È curioso che il forno possa funzionare quasi tutto l'anno. Secondo Serge Chauvin, il mese ottimale per condurre esperimenti è aprile.
- Ma se necessario, il sole scioglierà un pezzo di metallo per i turisti anche a gennaio, - sorride il custode. - La cosa principale è che il cielo è limpido e senza nuvole.
Uno dei vantaggi indiscutibili dell'esistenza stessa di questo laboratorio unico è la sua completa apertura ai turisti. Ogni anno vengono qui fino a 80mila persone, e questo fa molto di più per rendere popolare la scienza tra adulti e bambini rispetto a una scuola o università.
Font Romeu Odeillo è una tipica cittadina pastorale francese. La sua principale differenza rispetto a migliaia di altri è la coesistenza del mistero della vita quotidiana e della scienza. Sullo sfondo di una parabola a specchio di 54 metri - mucche da latte di montagna. E il sole caldo costante.
Ora passiamo a un altro edificio.
Parte delle fotografie di Viktor Borisov.
A quarantacinque chilometri da Tashkent, nel distretto di Parkent, ai piedi del Tien Shan a un'altitudine di 1050 metri sul livello del mare, c'è una struttura unica: il cosiddetto Large Solar Oven (BSP) con una capacità di mille kilowatt. Si trova sul territorio dell'Istituto di Scienza dei Materiali NPO "Fisica-Sole" dell'Accademia delle Scienze della Repubblica dell'Uzbekistan. Ci sono solo due stufe di questo tipo nel mondo, la seconda è in Francia.
"Il BSP è stato messo in funzione durante l'Unione Sovietica nel 1987", afferma Mirzasultan Mamatkassymov, il segretario scientifico dell'Istituto di scienza dei materiali di NPO Physics-Solntse, Ph. D. - Fondi sufficienti sono assegnati dal bilancio dello Stato per preservare questo oggetto unico. Due laboratori dell'istituto si trovano nel nostro paese, quattro a Tashkent, dove si trova la principale base scientifica, sulla quale vengono studiate le proprietà chimiche e fisiche dei nuovi materiali. Siamo nel processo della loro sintesi. Sperimentiamo con questi materiali, osservando il processo di fusione a diverse temperature.
BSP è un complesso complesso ottico-meccanico con sistemi di controllo automatico. Il complesso è costituito da un campo eliostato situato sul fianco di una montagna e che dirige i raggi del sole in un concentratore paraboloide, che è uno specchio concavo gigante. Nel fuoco di questo specchio, viene creata la temperatura più alta: 3000 gradi Celsius!
Il campo eliostatico è costituito da sessantadue eliostati sfalsati. Forniscono alla superficie dello specchio del concentratore un flusso luminoso nella modalità di inseguimento continuo del Sole durante il giorno. Ogni eliostato, che misura sette metri e mezzo per sei metri e mezzo, è composto da 195 elementi specchianti piani detti "sfaccettature". L'area riflettente del campo eliostato è di 3022 metri quadrati.
Il concentratore, a cui gli eliostati dirigono i raggi del sole, è una struttura ciclopica alta quarantacinque metri e larga cinquantaquattro.
Da notare che il vantaggio dei forni solari, rispetto ad altre tipologie di forni, è il raggiungimento istantaneo di un'elevata temperatura, che permette di ottenere materiali puri e privi di impurità (grazie anche alla purezza dell'aria di montagna). Sono utilizzati per petrolio e gas, tessile e una serie di altre industrie.
Gli specchi hanno una certa durata e prima o poi falliscono. Nelle nostre officine produciamo nuovi specchi che sostituiscono quelli vecchi. Ce ne sono 10700 solo nel concentratore e 12090 negli eliostati. Il processo di creazione degli specchi avviene in installazioni sottovuoto, dove l'alluminio viene spruzzato sulla superficie degli specchi usati.
Ferghana. Ru: - Come risolve il problema di trovare specialisti, dopotutto, dopo il crollo dell'Unione, stavano uscendo all'estero?
Mirzasultan Mamatkassymov: - Al momento dell'installazione nel 1987, hanno lavorato qui specialisti russi e ucraini, che hanno formato i nostri. Grazie alla nostra esperienza, ora abbiamo l'opportunità di formare da soli specialisti in questo campo. I giovani vengono da noi dal dipartimento di fisica dell'Università nazionale dell'Uzbekistan. Dopo la laurea, lavoro qui dal 1991.
Ferghana. Ru: - Quando guardi questa grandiosa struttura, le delicate strutture metalliche, come se fluttuassero nell'aria e allo stesso tempo sostenessero l '"armatura" del concentratore, vengono in mente fotogrammi di film di fantascienza …
Mirzasultan Mamatkassymov: - Beh, nella mia vita nessuno ha provato a girare la fantascienza usando questi "scenari" unici. È vero, le pop star uzbeke sono venute per girare le loro clip.
Mirzasultan Mamatkassymov:- Oggi fonderemo bricchette pressate da ossido di alluminio in polvere, il cui punto di fusione è di 2500 gradi Celsius. Durante il processo di fusione, il materiale scorre lungo un piano inclinato e gocciola in un vassoio speciale, dove si formano i granuli. Vengono inviati a un laboratorio di ceramica situato vicino al BSP, dove vengono frantumati e utilizzati per la fabbricazione di vari prodotti ceramici, dai piccoli alimentatori di filati per l'industria tessile alle sfere di ceramica cave simili a sale da biliardo. Le sfere sono utilizzate nell'industria petrolifera e del gas come galleggianti. Allo stesso tempo, l'evaporazione dalla superficie dei prodotti petroliferi immagazzinati in grandi contenitori nei depositi di petrolio diminuisce del 15-20%. Negli ultimi anni abbiamo prodotto circa seicentomila di questi carri allegorici.
Produciamo isolanti e altri prodotti per l'industria elettrica. Sono caratterizzati da una maggiore resistenza all'usura e forza. Oltre all'ossido di alluminio, utilizziamo anche un materiale più refrattario: l'ossido di zirconio con un punto di fusione di 2700 gradi Celsius.
Il controllo del processo di fusione è effettuato dal cosiddetto "sistema di visione", dotato di due speciali telecamere. Uno di loro trasferisce direttamente l'immagine su un monitor separato, l'altro su un computer. Il sistema consente sia di monitorare il processo di fusione sia di effettuare varie misurazioni.
Va aggiunto che BLB è utilizzato anche come strumento astrofisico universale che apre la possibilità di condurre studi del cielo stellato di notte.
Oltre ai lavori di cui sopra, l'istituto presta grande attenzione alla produzione di apparecchiature mediche basate su ceramiche funzionali (sterilizzatori), strumenti abrasivi, essiccatori e molto altro. Tali apparecchiature sono state implementate con successo nelle istituzioni mediche della nostra repubblica, nonché in istituzioni simili in Malesia, Germania, Georgia e Russia.
Parallelamente, l'istituto ha sviluppato installazioni solari a bassa potenza. Ad esempio, gli scienziati dell'istituto hanno creato forni solari con una capacità di un chilowatt e mezzo, che sono stati installati sul territorio del Tabbin Institute of Metallurgy (Egitto) e nell'International Metallurgical Center di Hyderabad (India).
