Один из перспективных видов легкого наземного транспорта будущего — высокочастотный транспорт (ВЧТ). В 1943 г. автором этой статьи была построена первая экспериментальная установка ВЧТ.
Вдоль дороги протягивается бесконтактная сеть. Она может быть воздушной или подземной. Такая сеть служит первичной обмоткой высокочастотного трансформатора. На экипажах устанавливаются приемные витки — вторичные обмотки трансформаторов. При помощи конденсаторных батарей их настраивают в резонанс с частотой тока в сети.
Бесконтактная сеть создает на дороге зону, насыщенную электромагнитной энергией. Магнитные силовые линии связывают между собой проводники сети и приемные контуры на экипажах. При помощи электромагнитной индукции энергию можно передавать с достаточно высоким к. п. д. на расстояние, не большее, чем ширина бесконтактной сети. Практически при ВЧТ бесконтактная передача энергии происходит на расстояние в несколько метров (но в некоторых специальных случаях это могут быть и десятки метров).
|
| Схема высокочастотного транспорта. |
К.П.Д. передачи от бесконтактной сети к приемным контурам зависит от частоты тока. С повышением частоты тока уменьшаются потери в проводниках, но зато возрастают потери в окружающей среде — на паразитные вихревые токи в грунте, на излучение. Существует частота, при которой потери наименьшие.
Снабдив экипаж высокочастотного транспорта небольшим аккумулятором, можно обеспечить ему возможность отъезжать на несколько километров от «энергизованной» зоны. В качестве аккумулятора можно, например, применить быстро вращающийся маховик, соединенный с электрической машиной. При заряде эта машина работает как двигатель, получая энергию от высокочастотной сети, увеличивая скорость маховика. При разряде, наоборот, маховик ведет машину, она работает в генераторном режиме и питает своим током тяговый двигатель. Такой аккумулятор допускает многочисленные кратковременные заряды и разряды. Энергоемкость его не ниже, чем, например, у химических — свинцовых или щелочных аккумуляторов.
|
|
В городе достаточно проложить относительно редкую сетку высокочастотных магистралей, чтобы все участки стали проходимыми для экипажей ВЧТ.
В течение последних лет в СССР было построено несколько экспериментальных установок ВЧТ. В частности, с начала 1958 г. на одной из шахт Донбасса работает подземная линия ВЧТ для откатки угля.
Атака атомного ядра
В начале 30-х годов в лаборатории Резерфорда в Англии впервые было осуществлено искусственное превращение ядер атомов. Литий — один из самых легких элементов периодической системы Менделеева — бомбардировали ядрами водорода. В результате «прямых попаданий» каждое ядро лития раскалывалось на два ядра гелия. Ядра водорода, которыми обстреливали литиевую мишень, получали разгон (ускорялись) при помощи высокого электрического напряжения — около полумиллиона вольт. Для этого применялась стеклянная трубка, из которой тщательно выкачивали воздух. К концам трубки прикладывали электрическое напряжение. В положительный конец ее впускали поток водородных ядер. Под действием электрического напряжения они летели к отрицательному концу трубки, приобретая скорость в несколько тысяч километров в секунду.
|
|
Расчеты показывали, что для проведения ядерных реакций с более тяжелыми, чем литий, элементами необходимо для бомбардировки применять атомные частицы с более высокими энергиями, т. е. частицы, ускоренные до более высоких электрических напряжений — более миллиона вольт.
|
| Резонансный высокочастотный ускоритель заряженных частиц — циклотрон. |
Во всем мире, во всех физических и электротехнических лабораториях, где работали с электровакуумными приборами и высоким электрическим напряжением, обсуждались вопросы получения ускоренных частиц высоких энергий. Во многих лабораториях начались теоретические и экспериментальные исследования по созданию новой аппаратуры для атаки атомного ядра.
Здесь намечались два принципиально различных метода. Один — это строить все более и более высоковольтные источники электрического напряжения, образно выражаясь, строить все более и более высокие электрические горы, чтобы с них скатывать ядра для атомной бомбардировки. Второй метод — это вовсе отказаться от сверхвысоких электрических напряжений, а ускорять частицы многими согласованными толчками высокочастотного напряжения, подобно тому как раскачивают качели или тяжелый колокол. Этот метод ускорения оказался наиболее плодотворным для атаки атомного ядра.
В некоторых лабораториях предлагалось закручивать заряженные частицы в электромагнитном вихре. Предлагались ускорители, в которых заряженные частицы двигались по спирали внутри металлической коробки между двумя электродами, к которым было приложено высокочастотное напряжение.
|
|
Все эти типы ускорителей — с волной, бегущей в трубе, с электромагнитным вихрем, с движением частиц по спиральным или кольцевым путям — характерны тем, что в них на заряженные частицы воздействуют тем или иным способом токи высокой частоты. Частота тока согласуется (поддерживается в резонансе, как говорят физики) с движением ускоряемых частиц. Поэтому подобные ускорители называются резонансными.
Методы резонансного ускорения заряженных частиц стремительно развивались и совершенствовались. Быстрый прогресс ускорителей позволил получить данные о структуре ядер атомов, перейти к практическому использованию ядерной энергии.
В послевоенные годы разработка и строительство высокочастотных резонансных ускорителей заряженных частиц получили особенно большой размах. Дальнейшее изучение структуры атомных ядер (а без такого изучения немыслимы дальнейшие успехи в деле практического использования ядерной энергии) требует, чтобы для бомбардировки ядер применялись частицы, ускоренные до сверхвысоких энергий — уже не в миллионы, а миллиарды вольт. За короткий срок резонансные ускорители из скромных стеклянных трубок выросли в гигантские индустриальные сооружения. Создание современных резонансных высокочастотных ускорителей — результат напряженного творческого труда в разных странах мира сотен исследователей: физиков, инженеров-электриков, вакуумщиков, высокочастотников — и многих тысяч рабочих: строителей, металлургов, механиков.
|
| Резонансный ускоритель с кольцевой камерой — синхрофазотрон. |
В Советском Союзе построен один из величайших ускорителей мира — синхрофазотрон, который способен сообщать заряженным частицам энергии до 10 млрд. электронвольт.
Электромагнит этого ускорителя весит 36 тыс. Т. Ядра водорода — протоны, которые должны быть ускорены, вырабатываются здесь в специальной протонной пушке. Затем на них воздействует постоянное электрическое поле, немногим менее одного миллиона вольт. С этой энергией протоны поступают во вспомогательный линейный ускоритель, где ускоряются до 9 млн. в. А после этого протоны поступают в кольцевую камеру, окружность которой превышает 200 м. В этой камере они, все более набирая скорость, должны совершить 4,5 млн. оборотов, пробежать за 3,3 сек. путь, в 2,5 раза превышающий расстояние от Земли до Луны.
Центробежные силы, стремящиеся сорвать протоны с их кольцевой траектории, все возрастают по мере ускорения. Но в такой же мере нарастает и силовое поле гигантского электромагнита, между полюсами которого уложена кольцевая ускорительная камера. К концу периода ускорения, при последних оборотах протонного «облачка», мощность, питающая обмотки электромагнита, достигает предела — 140 тыс. кВт. Это превышает мощность турбины на некоторых больших современных гидроэлектростанциях.
Схема электропитания устроена так, что после окончания цикла ускорения запасенная в магнитном поле энергия перебрасывается обратно к генераторам, а затем, в следующий цикл ускорения, вновь поступает в электромагнит.
В начале цикла ускорения высокочастотный генератор, подающий напряжение на ускоряющие электроды, работает на частоте в несколько сот килогерц. По мере ускорения протонов частота генераторов все повышается и в конце цикла ускорения доходит до десятков мегагерц.
* * *
Токи высокой частоты все шире применяются в современной технике. Еще более широкие перспективы их применения в будущем.
Проводная
Как организована связь
Проводную связь организуют так, чтобы человек, где бы он ни находился, мог поговорить по телефону или передать телеграмму в любой другой район. На первый взгляд, это просто: нужно соединить между собой проводными линиями связи все населенные пункты Советского Союза друг с другом. Однако несложный расчет показывает, что не только все населенные пункты Советского Союза, но даже одни города и поселки городского типа соединить линиями связи «каждый с каждым» чрезвычайно трудно. В нашей стране насчитывается более тысячи шестисот городов и около трех тысяч поселков городского типа.
Для соединения двух пунктов друг с другом требуется одна линия связи. Для десяти пунктов надо уже сорок пять линий. А для четырех тысяч — около восьми миллионов линий. Но связью должны пользоваться и жители сельской местности. Ясно, что способ соединения каждого города или поселка с каждым неприемлем. Да этого и не надо делать! Ведь между многими пунктами связь необходима чрезвычайно редко. Поэтому применяют другие принципы организации связи.
В крупных городах Советского Союза организуют главные узлы связи (крупные телеграфы и междугородные телефонные станции). Они соединены с Москвой и друг с другом. С главными узлами связаны областные узлы, которые находятся в областных центрах; с областными — районные и т. д. Если требуется, например, позвонить по телефону из одного областного центра в другой, а они не имеют прямой связи друг с другом, соединение осуществляют через главный узел. При этом не нужно строить так много линий, и все же каждый пункт может получить связь с каждым.
Но и при такой организации хозяйство связи нашей страны огромно. Телеграфных и телефонных станций у нас тысячи; телеграфных аппаратов — десятки тысяч, а телефонных — миллионы. Кроме того, сложное оборудование и огромное линейное хозяйство — сотни тысяч километров воздушных линий связи и подземных кабельных магистралей.
Скорость соединения и хорошая слышимость телефонных переговоров, быстрота и точность доставки телеграмм, беспрерывность действия связи — закон для наших связистов. Много телеграфистов, телефонисток, строителей, монтеров, инженеров и ученых трудятся, чтобы связь в нашей стране была отличной.